Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 2020, T. 492, № 1, стр. 4-53

Направления работ в области физических наук, находящиеся в компетенции Отделения физических наук Российской академии наук, сформулированы в Программе фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013–2020 годы (Раздел II. Физические науки) следующим образом.

Направление 8. Актуальные проблемы физики конденсированных сред, в том числе квантовой макрофизики, мезоскопики, физики наноструктур, спинтроники, сверхпроводимости.

Направление 9. Физическое материаловедение: новые материалы и структуры, в том числе фуллерены, нанотрубки, графены, другие наноматериалы, а также метаматериалы.

Направление 10. Актуальные проблемы оптики и лазерной физики, в том числе достижение предельных концентраций мощности и энергии во времени, пространстве и спектральном диапазоне, освоение новых диапазонов спектра, спектроскопия сверхвысокого разрешения и стандарты частоты, прецизионные оптические измерения, проблемы квантовой и атомной оптики, взаимодействие излучения с веществом.

Направление 11. Фундаментальные основы лазерных технологий, включая обработку и модификацию материалов, оптическую информатику, связь, навигацию и медицину.

Направление 12. Современные проблемы радиофизики и акустики, в том числе фундаментальные основы радиофизических и акустических методов связи, локации и диагностики, изучение нелинейных волновых явлений.

Направление 13. Фундаментальные проблемы физической электроники, в том числе разработка методов генерации, приема и преобразования электромагнитных волн с помощью твердотельных и вакуумных устройств, акустоэлектроника, релятивистская СВЧ-электроника больших мощностей, физика мощных пучков заряженных частиц.

Направление 14. Современные проблемы физики плазмы, включая физику высокотемпературной плазмы и управляемого термоядерного синтеза, физику астрофизической плазмы, физику низкотемпературной плазмы и основы ее применения в технологических процессах.

Направление 15. Современные проблемы ядерной физики, в том числе физики элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий, включая физику нейтрино и астрофизические и космологические аспекты, а также физики атомного ядра, физики ускорителей заряженных частиц и детекторов, создание интенсивных источников нейтронов, мюонов, синхротронного излучения и их применения в науке, технологиях и медицине.

Направление 16. Современные проблемы астрономии, астрофизики и исследования космического пространства, в том числе происхождение, строение и эволюция Вселенной, природа темной материи и темной энергии, исследование Луны и планет, Солнца и солнечно-земных связей, исследование экзопланет и поиски внеземных цивилизаций, развитие методов и аппаратуры внеатмосферной астрономии и исследований космоса, координатно-временное обеспечение фундаментальных исследований и практических задач.

В соответствии с Федеральным законом от 27 сентября 2013 года № 253-ФЗ “О Российской академии наук, реорганизации государственных академий наук и внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации”, Российская академия наук осуществляет научно-методическое руководство научной и научно-технической деятельностью научных организаций и образовательных организаций высшего образования. При этом в отношении организаций, которые до 2013 года были подведомственны РАН и были переданы в ведение ФАНО России, а позже Минобрнауки России, Российская академия наук осуществляет отдельные полномочия, предусмотренные постановлениями Правительства Российской Федерации от 5 июня 2014 г. № 521 и от 24 декабря 2018 г. № 1652.

В сфере деятельности Отделения физических наук РАН (полностью или совместно с другими тематическими и/или региональными отделениями) находятся следующие научные организации, закрепленные за ним постановлением Президиума РАН от 10.09.2019 № 142:

1. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН).

2. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр “Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук” (ИОФ РАН) (до 2019 г. – Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук).

3. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научный центр волоконной оптики Российской академии наук (НЦВО РАН, в 2019 году присоединен к ИОФ РАН в качестве обособленного подразделения).

4. Федеральное государственное учреждение “Федеральный научно-исследовательский центр “Кристаллография и фотоника” Российской академии наук” (ФНИЦ “Кристаллография и фотоника” РАН).

5. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физических проблем им. П.Л. Капицы Российской академии наук (ИФП РАН).

6. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН).

7. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт астрономии Российской академии наук (ИНАСАН).

8. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук (ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН).

9. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерных исследований Российской академии наук (ИЯИ РАН).

10. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН).

11. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау Российской академии наук (ИТФ им. Л.Д. Ландау РАН).

12. Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук” (ИПФ РАН).

13. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской академии наук (ИЗМИРАН).

14. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина Российской академии наук (ИФВД РАН).

15. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт спектроскопии Российской академии наук (ИСАН).

16. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук (ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН).

17. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория Российской академии наук (ГАО РАН).

18. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук (ИПА РАН).

19. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Специальная астрофизическая обсерватория Российской академии наук (САО РАН).

20. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Дагестанский федеральный исследовательский центр Российской академии наук (ДФИЦ РАН).

21. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр “Казанский научный центр Российской академии наук” (ФИЦ КазНЦ РАН).

22. Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Полярный геофизический институт” (ПГИ).

23. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научный центр Российской академии наук в Черноголовке (НЦЧ РАН).

24. Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук (УФИЦ РАН).

25. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки “Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук” (ЮНЦ РАН).

26. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Комплексный научно-исследовательский институт им. Х.И. Ибрагимова Российской академии наук (КНИИ РАН).

27. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН).

28. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космофизических исследований и распространения радиоволн Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИКИР ДВО РАН).

29. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук (ИЯФ СО РАН).

30. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН).

31. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук (ИЛФ СО РАН).

32. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН).

33. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Конструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения Российской академии наук (КТИ НП СО РАН).

34. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФМ СО РАН).

35. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЗФ СО РАН).

36. Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный исследовательский центр “Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук” (КНЦ СО РАН).

37. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Томский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ТНЦ СО РАН).

38. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭ СО РАН).

39. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН).

40. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр “Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук” (ЯНЦ СО РАН).

41. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН).

42. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук (ИЭФ УрО РАН).

43. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки “Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук” (УдмФИЦ УрО РАН).

44. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки “Крымская астрофизическая обсерватория Российской академии наук” (ФГБУН “КрАО РАН”).

Общая информация о деятельности этих организаций по направлениям Программы фундаментальных научных исследований (ПФНИ) представлена на диаграммах выше.

Следует отметить, что диаграмма 1 показывает лишь число институтов, ведущих работу в рамках госзадания по тому или иному направлению, но никак не отражает роль направления в деятельности института. Распределение тем государственных заданий институтов по направлениям также не дает однозначной информации об объемах работ по этим темам – планы НИР, лежащие в основе госзаданий, каждый институт формирует самостоятельно, и подход здесь индивидуальный. Поэтому темы могут иметь совершенно разный масштаб. Такой индивидуальный подход не может считаться отрицательным фактором и является естественным следствием творческого характера научной деятельности. При формировании тематик исследований организации может быть множество разных факторов, включая, например, личностные аспекты, и это нормально. Таким образом, приведенные выше диаграммы дают лишь общее представление об активности деятельности по разным направлениям, но не могут использоваться для однозначной оценки объема работ по направлению, подобно тому, как наукометрический показатель не может являться основным критерием оценки качества научного результата.

Ежегодно по запросу ОФН РАН организации направляют в Отделение важнейшие научные результаты своей деятельности, отобранные их учеными советами. В 2019 году в ОФН РАН поступило около 500 предложений по важнейшим результатам научных исследований (как чисто фундаментальных, так и готовых к практическому применению). По результатам проведенного тщательного анализа поступивших материалов, с привлечением экспертно-аналитических советов ОФН РАН, для представления руководству и научной общественности было отобрано около 200 из них. Распределение отобранных научных результатов по направлениям ПФНИ представлено на диаграмме 3.

В доклад академика-секретаря, подготовленный к представлению на Общем собрании членов ОФН РАН, были выборочно включены в качестве иллюстраций лишь некоторые из них (около 40). Разумеется, выбор условен и несколько субъективен и, конечно, среди оставшихся работ также немало таких, которые содержат результаты не меньшей научной важности, но существенно расширить этот список не позволили ни рамки доклада академика-секретаря, ни объем этого сообщения. Надеемся, что читатели смогут ознакомиться со всеми работами по регулярным статьям, которые уже опубликованы, либо выйдут из печати в ближайшем будущем.

Следует также отметить, что отсутствие среди представленных в данной публикации материалов научных результатов, полученных высшими учебными заведениями и другими организациями, также ведущими научную деятельность, не означает отсутствия у этих организаций достойных научных результатов – несомненно, они есть. Однако традиционно на протяжении многих лет эти материалы поступают в РАН другим путем, и рассматриваются отдельно. Исключением здесь являются лишь материалы по направлению 15 (Ядерная физика) – в силу некоторой специфики деятельности Секции ядерной физики, кроме перечисленных выше, в список попали и несколько крупных ведущих организаций в данной области науки (например, международная организация Объединенный институт ядерных исследований).

Автор выражает благодарность Е.Ю. Кильпио за помощь в оформлении материалов.

Перейдем к изложению отобранных результатов, расположив их в том порядке, как они представлены в докладе академика-секретаря, подготовленного для выступления на общем собрании ОФН РАН.

Направление 8.

АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ФИЗИКИ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕД, В ТОМ ЧИСЛЕ КВАНТОВОЙ МАКРОФИЗИКИ, МЕЗОСКОПИКИ, ФИЗИКИ НАНОСТРУКТУР, СПИНТРОНИКИ, СВЕРХПРОВОДИМОСТИ

8.1. КОНТРОЛИРУЕМЫЙ СИНТЕЗ НАНОАЛМАЗОВ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ

В Институте физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина РАН, Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН, Федеральном научно-исследовательском центре “Кристаллография и фотоника” РАН впервые осуществлен массовый HPHT (high-pressure high-temperature) синтез наноалмазов контролируемого размера, открывающий новые перспективы в создании однородных по свойствам носителей центров окраски. Синтез осуществлен из галогенированных адамантанов, алмазоподобная структура которых и способность галогенов насыщать углеродные связи определяет преимущественный “алмазный” сценарий их карбонизации при давлении 8 ГПа и температурах выше 900 K (рис. 1, 2).

Массовое зарождение алмазов и их относительно медленный рост в продуктах карбонизации при температурах до 2000 К обеспечивают благоприятные условия для размерно-контролируемого синтеза наноалмазов от 1–2 нм до сотен нанометров путем изменения температуры синтеза.

Эксперименты показывают, что хлорированный адамантан также является великолепным прекурсором для синтеза наноалмазов при давлениях, доступных для массового производства. Часть результатов, полученных коллективом авторов, уже опубликована в работе [1].

8.2. СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ ПРИ 250 K В ГИДРИДЕ ЛАНТАНА ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ

Первопринципными расчетами в рамках теории функционала плотности предсказано существование нового семейства сверхпроводящих поли- (или супер-) гидридов с клатратной кристаллической структурой, в которой атомы металла (кальция, иттрия, лантана) расположены в центре полостей, сформированных атомами водорода. Согласно этим расчетам, у полигидридов LaH₁₀ и YH₁₀ температура T_c сверхпроводящего перехода должна составлять от 240 до 320 K при мегабарных давлениях. Экспериментально получен гидрид LaH₁₀ с максимальным значением T_c ≈ ≈ 250 K при давлении 170 ГПа (см. рис. 3). Наличие сверхпроводимости подтверждено наблюдением нулевого электросопротивления, изотопной зависимости T_c (образец LaD₁₀ имел T_c ≈ 180 K в согласии с теорией) и понижения T_c во внешнем магнитном поле (критическое поле H_c2 = 136 Tл при T = 0 K). Полученное значение T_c = 250 K у LaH₁₀ примерно на 50 K превышает достигнутое в 2015 году рекордное значение температуры сверхпроводящего перехода у соединения H₃S и является серьезным шагом к достижению сверхпроводимости при комнатной температуре.

Работа выполнена в Институте физики твердого тела РАН совместно с зарубежными коллегами из следующих организаций:

Max-Planck Institut für Chemie (Mainz, Germany);

National High Magnetic Field Laboratory, Florida State University (Tallahassee, FL, USA);

NHMFL, Los Alamos National Laboratory (Los Alamos, NM, USA);

Center for Advanced Radiation Sources, University of Chicago (Chicago, IL, USA);

Institute of Physical Chemistry PAS (Warsaw, Poland).

Часть результатов опубликована авторами в работе [2].

8.3. СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ СТРУКТУРЫ С ПРОСЛОЙКОЙ ИЗ МАТЕРИАЛА С ВЫСОКОЙ ЭНЕРГИЕЙ СПИН-ОРБИТАЛЬНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

В Институте радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН в сотрудничестве с Московским физико-техническим институтом и Max Planck Institute for Solid State Research (Stuttgart, Germany) впервые обнаружен сверхпроводящий ток в мезоструктурах на основе гетероструктуры из купратного сверхпроводника и ниобия Nb/Au/Sr₂IrO₄/YBa₂Cu₃O_x с прослойкой толщиной 5–7 нм из Sr₂IrO₄ – материала с энергией спин-орбитального взаимодействия E_SO = 0.4 эВ (рис. 4, 5)

Наличие сверхпроводящего тока при указанных толщинах прослойки свидетельствует о   возникновении триплетной компоненты сверхпроводящего параметра порядка в прослойке. В миллиметровом диапазоне длин волн наблюдался нестационарный эффект Джозефсона c наличием как первой, так и второй гармоники в ток-фазовой зависимости сверхпроводящего тока.

Часть результатов доложена авторами на международных конференциях в 2019 г. и опубликована в работе [3].

8.4. ПОРТАТИВНЫЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР НА ОСНОВЕ РАМАНОВСКОГО РАССЕЯНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛЫХ ФОТОННО-КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СВЕТОВОДОВ

В Институте физики твердого тела РАН разработана и реализована конструкция портативного устройства на основе рамановского спектрометра и полого фотонно-кристаллического оптоволокна, позволяющая более чем на два порядка повысить уровень сигнала неупругого рассеяния света на различных газовых смесях, по сравнению с сигналом c открытого объема газа (рис. 6, 7). Получена количественная точность определения состава газовой смеси на уровне 0.5%, а предел чувствительности ~300 ppm для любых многоатомных газов. Предложены варианты дальнейшего увеличения чувствительности системы, что позволит использовать ее для онлайн-мониторинга состава газовых смесей с концентрацией компонентов до 100 ppb. Возможное применение – экологический мониторинг атмосферы, сфера безопасности, медицинские анализы. Внедрение данного вида газоанализатора экономически целесообразно ввиду его неселективности, высокой точности определения (сравнимой с хроматографической), отсутствию расходных материалов.

По итогам работы подготовлена заявка на изобретение “Портативный универсальный газоанализатор многокомпонентных смесей на основе волоконно-усиленного рамановского рассеяния”. Авторами опубликована статья [4].

Направление 9.

ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ: НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СТРУКТУРЫ, В ТОМ ЧИСЛЕ ФУЛЛЕРЕНЫ, НАНОТРУБКИ, ГРАФЕНЫ, ДРУГИЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ, А ТАКЖЕ МЕТАМАТЕРИАЛЫ

9.1. СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЕ ПРОВОДА НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА

В Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН совместно с Институтом физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина РАН и Высокотехнологическим научно-исследовательским институтом неорганических материалов впервые в России изготовлены сверхпроводниковые провода и ленты на основе модельного железосодержащего сверхпроводника FeSe с помощью различных модификаций метода “порошок в трубе” (англ. “powder-in-tube”, PIT) (рис. 8, 9). Показана возможность изготовления длинномерных проводов из сверхпроводников на основе железа. Данные материалы обладают значительно более высокими критическими характеристиками в сильных магнитных полях по сравнению с традиционными сверхпроводниками, большей радиационной стойкостью, а также более технологичны, чем купраты. Это открывает широкие перспективы их применения в технике сильных магнитных полей.

Часть результатов, которые были получены в этой работе, авторы опубликовали в статье [5].

9.2. УЛУЧШЕННЫЙ ГАММА-ЛОКАТОР ДЛЯ ЭКСПРЕССНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ УЗЛОВ В ПРОЦЕССЕ ХИРУРГИЧЕСКОЙ ОПЕРАЦИИ

В Институте физики твердого тела РАН коллективом авторов (А.Д. Орлов, Н.В. Классен, С.З. Шмурак, В.В. Кедров, Э.Д. Шу, К.А. Чувалова) разработан прецизионный гамма-локатор (рис. 10) для экспрессной локализации злокачественных узлов при хирургических операциях по удалению опухолей.

Благодаря применению для детектирования гамма-излучения упрочненных сцинтилляционных кристаллов на основе бромида лантана, разработанных в ИФТТ РАН, высокая чувствительность сочетается с надежностью и неприхотливостью прибора. Коллиматор из тяжелого металла, необходимый для точности локализации, одновременно служит защитным корпусом, что значительно уменьшает габариты и вес гамма-локатора; многоступенчатая световая и звуковая сигнализация позволяет хирургу быстро и точно определять расположения злокачественных клеток, не отрывая взгляда от скальпеля. Опытные образцы гамма-локатора успешно испытаны в ведущих онкологических клиниках (рис. 11).

9.3. САПФИРОВЫЕ ИГЛОВЫЕ КАПИЛЛЯРНЫЕ ОБЛУЧАТЕЛИ ДЛЯ ВНУТРИТКАНЕВОЙ ДОСТАВКИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ТЕРАПИИ И ХИРУРГИИ ОПУХОЛЕЙ

В Институте физики твердого тела РАН совместно с коллегами из Института регенеративной медицины, Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова, и Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана разработаны инструменты для локального лазерного облучения при терапии и хирургии опухолей путем лазерной интерстициальной термотерапии и фотодинамической терапии. Облучатель – прозрачный для излучения сапфировый капилляр с закрытым с одной стороны каналом, в котором расположено кварцевое волокно, присоединенное к источнику лазерного излучения или к спектрометру (рис. 12). Метод выращивания сапфировых капилляров позволяет получать кристаллы с поверхностями, которые не требуют обработки, а также прецизионно формировать закрытый конец капилляра. Сформирован набор облучателей для получения пучков излучения с требуемой диаграммой направленности, включая облучатель с диффузором. Облучатели обеспечивают улучшенный контроль распределения излучения в ткани и выделяемого тепла, обладают существенно расширенным диапазоном допустимой мощности лазерного излучения по сравнению с аналогами, могут применяться для различных задач онкологии и хирургии.

Основные результаты этой работы опубликованы в 2019 году [6].

9.4. НОВЫЙ КОНТРАСТНЫЙ АГЕНТ ДЛЯ МАГНИТОРЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ НА ОСНОВЕ НАНОАЛМАЗОВ

На основе разработанной технологии устойчивых гидрозолей частиц детонационных наноалмазов (DND) со средним размером менее 10 нм и метода модификации их поверхности в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН получен новый контрастный агент для ядерной магнитной томографии.

Экспериментально показано, что ион гадолиния (GdIII), химически связанный с поверхностью 4 нм алмазной частицы, уменьшает время спин-решеточной и спин-спиновой релаксации протонов воды существенно сильнее, по сравнению с другими известными в настоящее время маркерами. Это приводит к существенному увеличению сигнала ЯМР, что позволяет использовать такие комплексы, как новый контрастный агент, для ядерной магнитной томографии (рис. 13). Описанные результаты частично опубликованы авторами в работах [7, 8].

Направление 10.

АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОПТИКИ И ЛАЗЕРНОЙ ФИЗИКИ, В ТОМ ЧИСЛЕ ДОСТИЖЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ МОЩНОСТИ И ЭНЕРГИИ ВО ВРЕМЕНИ, ПРОСТРАНСТВЕ И СПЕКТРАЛЬНОМ ДИАПАЗОНЕ, ОСВОЕНИЕ НОВЫХ ДИАПАЗОНОВ СПЕКТРА, СПЕКТРОСКОПИЯ СВЕРХВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ И СТАНДАРТЫ ЧАСТОТЫ, ПРЕЦИЗИОННЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ, ПРОБЛЕМЫ КВАНТОВОЙ И АТОМНОЙ ОПТИКИ, ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ

10.1. РЕКОРДНАЯ ЕСТЕСТВЕННАЯ ЭКРАНИРОВКА ЧАСОВОГО ПЕРЕХОДА В АТОМЕ ТУЛИЯ ДЛЯ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ЧАСОВ

Важнейшей характеристикой переходов, использующихся в атомных часах, является чувствительность к внешнему электрическому полю, в том числе к тепловому излучению. Методом прецизионной лазерной спектроскопии в ультрахолодных атомах тулия в Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН впервые измерена поляризуемость уровней перехода внутри электронной f-оболочки на длине волны 1.14 мкм и определены магические длины волн (рис. 14). Обнаружено, что естественная экранировка f-оболочки внешними замкнутыми s-оболочками обеспечивает чрезвычайно низкую чувствительность к тепловому излучению. Относительный сдвиг частоты перехода составил 2 × 10^–18, что на несколько порядков меньше, чем в лучших оптических часах на нейтральных атомах стронция или ит-тербия.

Работа выполнена коллективом авторов в составе: А.А. Головизин, Е.С. Федорова, Д.О. Трегубов, Д.А. Мишин, Д.И. Проворченко, Г.А. Вишнякова, Д.Д. Сукачев, К.Ю. Хабарова, В.Н. Сорокин, Н.Н. Колачевский. Результаты частично опубликованы в статьях [9–11].

10.2. ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ИК ЛАЗЕРНЫЙ ИСТОЧНИК В ДИАПАЗОНЕ ∼2–20 мкм С ВНУТРИ- И ВНЕРЕЗОНАТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ В НЕЛИНЕЙНЫХ КРИСТАЛЛАХ ZnGeP₂, BaGa₂GeSe₆, PbIn₆Te₁₀ и AgGaSe₂

В Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН коллективом авторов (А.А. Ионин, И.О. Киняевский, Ю.М. Климачев, А.А. Котков, А.Ю. Козлов, О.А. Рулев, А.М. Сагитова, Л.В. Селезнев, Д.В. Синицын) создан широкополосный лазерный источник на основе генерации в различных нелинейных кристаллах суммарных и разностных частот излучения щелевых ВЧ CO- и CO₂-лазеров с одновременной модуляцией добротности резонатора (МДР) (рис. 15). Спектр суммарных частот находится в диапазоне 3.2÷3.8 мкм, а разностных – 12÷20 мкм [12]. В диапазоне 1.7÷6.0 мкм данный источник излучает за счет генерации суммарных частот и третьей гармоники щелевого ВЧ CO-лазера с МДР в двух кристаллах BaGa₂GeSe₆, (один внутри резонатора) [13]. Таким образом, разработанная гибридная лазерная система является источником широкополосного ИК-излучения в диапазоне от ∼2 до ∼20 мкм [14].

10.3. ЛАЗЕРНАЯ СИСТЕМА ВИДИМОГО ДИАПАЗОНА СПЕКТРА THL-100

На гибридной лазерной системе THL-100, не имеющей мировых налогов, достигнута рекордная для видимой области (475 нм) пиковая мощность 40 ТВт. Система создана в Институте сильноточной электроники Сибирского отделения РАН коллективом в составе: С.В. Алексеев, Н.Г. Иванов, В.Ф. Лосев, Ю.Н. Панченко. Система состоит из Ti:Sa фемтосекундного комплекса и фотодиссоционного XeF (C-A)-усилителя. Достижение указанной мощности обеспечено путем увеличения энергии в лазерном импульсе (за счет повышения однородности пучка) и сокращения длительности импульса (за счет уширения спектра излучения в нелинейном кристалле) (рис. 16).

Результаты частично опубликованы авторами в работах [15, 16].

10.4. НОВЫЙ МЕТОД ПРЯМОЙ ДИАГНОСТИКИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ЭКСТРЕМАЛЬНОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ

В ближайшие годы в ряде ведущих мировых лазерных лабораторий ожидается ввод в строй источников лазерного излучения рекордной мощности, вплоть до 10 петаватт, а в более далекой перспективе – до 200 петаватт. Ожидается, что эти установки обеспечат получение световых полей экстремальной интенсивности 10²³–10²⁵ Вт/см². Переход к лазерным экспериментам на таких мощных пучках делает актуальным вопрос о разработке новых методов in situ диагностики сверхвысоких интенсивностей.

Коллективом авторов (С.В. Попруженко, M. Ciap-pina, С.В. Буланов, T. Ditmire, S. Weber), представляющих Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, а также Institute of Physics of the ASCR, ELI-Beamlines project, Czech Republic и Center for High Energy Density Science, University of Texas at Austin, USA, предложен метод диагностики сверхмощных лазерных пучков, основанный на измерении выхода многократно заряженных ионов тяжелых атомов, возникающих за счет туннельной ионизации лазерным излучением (рис. 17).

Результаты авторов частично опубликованы в работе [17].

Предложенная схема прошла апробацию методами численного моделирования ионизационных каскадов в лазерном фокусе. Она может быть реализована экспериментально в исследовательских центрах, обладающих петаваттными и более мощными лазерами, включая Институт прикладной физики РАН, ELI-Beamlines (Чехия), Шанхайский институт точной механики и оптики SIOM (Китай) и другие.

10.5. ПЯТИКРАТНОЕ УКОРОЧЕНИЕ ЛАЗЕРНЫХ ИМПУЛЬСОВ МОЩНОСТЬЮ 250 ТВт ПОСЛЕ ИХ ФАЗОВОЙ САМОМОДУЛЯЦИИ

Экспериментально продемонстрирована возможность укорочения с 70 фс до 14 фс лазерных импульсов с энергией 17 Дж за счет их фазовой самомодуляции в плавленом кварце и компрессии чирпирующими зеркалами. Это стало возможным благодаря подавлению мелкомасштабной фокусировки за счет самофильтрации пучка при свободном распространении в вакууме, что позволило устранить ограничение на коэффициент укорочения импульса больше двух, которое ранее считалось непреодолимым. Этот надежный и дешевый подход к увеличению мощности может быть применен для модернизации любых лазеров с диапазоном мощностей от единиц ТВт до 10 ПВт без изменений их оптических схем (рис. 18–20).

Работа проведена в ФГБНУ Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН коллективом в составе: В.Н. Гинзбург, И.В. Яковлев, А.С. Зуев, А.П. Коробейникова, А.А. Кочетков, А.А. Кузьмин, С.Ю. Миронов, И.А. Шайкин, А.А. Шайкин, А.К. Потемкин, Д.Е. Силин, Е.А. Хазанов. Результаты частично опубликованы в работе [18].

10.6. ГЕНЕРАЦИЯ СУПЕРКОНТИНУУМА В ОБЛАСТИ ДЛИН ВОЛН 2 мкм В ВОЛНОВОДЕ, ЗАПИСАННОМ ПУЧКОМ ФЕМТОСЕКУНДНОГО ЛАЗЕРА В ТЕЛЛУРИТНОМ СТЕКЛЕ

В канальном волноводе длиной 14 мм, записанном пучком фемтосекундного лазера в объеме стекла состава 70TeO₂–22WO₃–8Bi₂O₃, обладающего большим нелинейным показателем преломления, достигнуто многократное уширение спектра сверхкоротких импульсов с энергией 154 нДж при накачке на длине волны 1950 нм. Это, насколько известно авторам, первая генерация суперконтинуума (шириной в 503 нм) в диапазоне длин волн 2 мкм, в волноводе, сформированном при помощи прямой лазерной записи. В области малых энергий входных импульсов уширение спектра в волноводе хорошо описывается расширенным нелинейным уравнением Шрёдингера с учетом керровской и рамановской нелинейностей в предположении постоянного диаметра поля моды по волноводу. При повышении энергии импульсов наблюдается уширение спектра сверх предсказания стандартной теории, которое авторы объясняют фокусировкой моды керровской линзой, наводимой в сердцевине волновода (рис. 21, 22).

Работа выполнена в Научном центре волоконной оптики РАН (А.Г. Охримчук, А.Д. Прямиков, А.В. Гладышев, Ю.П. Яценко), Российском химико-технологическом университете им. Д.И. Менделеева (Г.К. Алагашев, М.П. Смаев, В.В. Лихов) и Институте химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых РАН (В.В. Дорофеев, С.Е. Моторин). Результаты частично опубликованы в работе [19].

10.7. ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНАЯ ЛАЗЕРНАЯ ПЕЧАТЬ ПЕРОВСКИТНЫХ МИКРОЛАЗЕРОВ

Предложен и реализован высокопроизводительный метод фемтосекундной лазерной печати фотонных элементов в пленках органо-неорганических перовскитов (CH₃NH₃PbI₃), не разрушающий их оптические свойства в отличие от методов литографии, использующие жидкостное или ионное травление (см. рис. 23). Предложенный метод позволяет изготавливать одномодовые микродисковые лазеры с минимальным размером 2 мкм и порогом лазерной генерации ~150 мкДж/см² при наносекундной оптической накачке.

Работа выполнена коллективом авторов, представляющих Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, Дальневосточный федеральный университет, University of Texas at Dallas, Nonlinear Physics Centre of Australian National University, Самарский национальный исследовательский университет, Институт систем обработки изображений РАН – филиал учреждения Федеральный научно-исследовательский центр “Кристаллография и фотоника” РАН. Результаты работы частично опубликованы в статье авторов [20].

10.8. ПЕРЕНОСНОЙ ЛАЗЕРНЫЙ ДЕФОРМОМЕТР НА ОСНОВЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА

Предложен и реализован высокопроизводительный метод фемтосекундной лазерной печати фотонных элементов в пленках органо-неорганических перовскитов, не разрушающий их оптические свойства. Этот метод позволяет изготавливать одномодовые микродисковые лазеры с минимальным размером 2 мкм и порогом лазерной генерации ~150 мкДж/см² при наносекундной оптической накачке. Разработчик – Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН.

Разработан переносной лазерный деформометр на основе волоконно-оптического интерферометра Маха–Цендера и разветвителя 3 × 3. Измерительная база деформометра – 1–10 м. Диапазон регистрируемых деформаций – 1 нм – 1 мм. Пороговая чувствительность – 1 нм. Диапазон регистрируемых частот – 0 (условно) – 1000 Гц. В деформометре применяется ранее разработанный ИАПУ ДВО РАН чувствительный элемент, защищенный патентом РФ на полезную модель № 126820 от 12.11.2012.

Деформометр предназначен для применения в системах прогноза и предотвращения опасных горно-динамических явлений (горных ударов и техногенных землетрясений) при подземной разработке месторождений твердых полезных ископаемых в районах повышенной геодинамической активности и на больших глубинах (рис. 24). Изготовлен прототип устройства, установленный на руднике “Николаевский” г. Дальнегорск. На рис. 25 представлен выходной сигнал прибора, зарегистрированный во время мониторинга.

Применение деформометра позволит повысить точность прогноза, а также создаст основу для понимания механизма подготовки опасных явлений.

Ближайшими аналогами являются лазерные интерферометры-деформографы, которые являясь стационарными объектами с длиной базы от 20 до 100 м и более, представляют собой уникальные дорогостоящие приборы, которые не могут быть использованы для создания распределенных систем сейсмо-деформационного мониторинга шахт и рудников.

10.9. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ИЗ ПЛАЗМЫ, СОЗДАВАЕМОЙ ПРИ ЖЕСТКОЙ ФОКУСИРОВКЕ ФЕМТОСЕКУНДНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВНОЙ И ВТОРОЙ ГАРМОНИКАХ В ВОЗДУХ ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ

Впервые проведено экспериментальное подтверждение наличия ТГц-излучения, которое распространяется из лазерной плазмы, создаваемой при фокусировке фемтосекундных лазерных импульсов на основной и удвоенной гармониках в воздух, в направлении противоположном направлению распространения лазерного излучения. Спектр терагерцового излучения в “обратном” направлении сдвинут в низкочастотную область (0.1–1.5 ТГц) относительно спектра излучения, распространяющегося в направлении “вперед”. Соотношение мощности ТГц-излучения в “обратном” и “прямом” направлениях составило величину 5.5%, что находится в соответствии с данными численного моделирования. Полученные результаты могут быть использованы для контроля параметров источника терагерцового излучения, при котором не требуется размещение диагностического оборудования на пути основной части излучения (рис. 26).

Работа выполнена коллективом авторов, представляющих Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН (В.В. Букин, С.В. Гарнов, А.А. Ушаков, П.А. Чижов) и Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (О.Г. Косарева, Н.А. Панов, А.Б. Савельев-Трофимов, Д.Е. Шипило). Результаты частично опубликованы в статье [21].

10.10. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДЖИГА И РАННИХ СТАДИЙ ГОРЕНИЯ СМЕСИ H₂–O₂ ПРИ ФОТОДИССОЦИАЦИИ МОЛЕКУЛ КИСЛОРОДА УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫМ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

Один из путей реализации современных тенденций авиационного двигателестроения – экономичности и экологичности – использование бедных смесей. Однако процесс воспламенения в этом случае становится нестабильным и происходит лишь в малой области камеры сгорания вблизи свечи электрического поджига. Для интенсификации цепных реакций, идущих при воспламенении, предложено использовать фотодиссоциацию молекул кислорода при их облучении УФ-лазерным излучением, образующем активные радикалы атомов – носителей цепи. На примере смеси H₂–O₂ показано, что УФ-лазерное излучение, незначительно поглощаясь в горючей смеси, обеспечивает эффективность диссоциации, достаточную для воспламенения больших объемов рабочей смеси.

Этот результат иллюстрируется последовательностью изображений (см. рис. 27) свечения из зоны разгорания, полученных с различной задержкой относительно наносекундного импульса лазерного излучения при “точечном” поджиге (а), и поджиге лазерным излучением в протяженном объеме (б), воспламенение в котором происходит единовременно.

Работа выполнена коллективом, представляющим Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова (В. Кобцев, С. Кострица, А. Пелевкин, А. Старик, Н. Титова, С. Торохов), а также Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН (К. Верещагин, С. Волков, В. Смирнов). Результаты частично опубликованы в статье [22].

10.11. ТЕРАГЕРЦОВАЯ МИКРОСКОПИЯ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА ТВЕРДОТЕЛЬНОЙ ИММЕРСИИ С ПРОСТРАНСТВЕННЫМ РАЗРЕШЕНИЕМ ЗА ДИФРАКЦИОННЫМ ПРЕДЕЛОМ АББЕ

Важной проблемой современной терагерцовой (ТГц) биофотоники является низкое пространственное разрешение классических ТГц спектроскопических и изображающих систем, основанных на линзовой или зеркально-линзовой оптике [23, 24]. Разрешение таких систем ограничено дифракционным пределом Аббе, ~0.5λ. Учитывая, что ТГц-диапазон частот соответствует длинам волн порядка нескольких сот микрометров, данный предел значительно сужает спектр приложений ТГц техники. В частности, он снижает точность детектирования границ злокачественных новообразований в активно развивающихся методах ТГц диагностики. Для преодоления отмеченного фундаментального ограничения коллективом Отдела субмиллиметровой спектроскопии ИОФ РАН разработан новый метод визуализации – ТГц микроскопия на основе эффекта твердотельной иммерсии [25, 26]. Он обеспечивает пространственное разрешение до 0.15λ, позволяя изучать образцы мягких биологических тканей ex vivo [26] (см. рис. 28). Разработанный метод может быть эффективно использован для решения задач регенеративной медицины и диагностики злокачественных новообразований различной нозологии и локализации [23, 26, 27].

Результаты получены в Институте общей физики им. А.М. Прохорова РАН и частично опубликованы в работах [23–27].

10.12. ПРОФИЛИРОВАНИЕ ФОНОВОГО СОДЕРЖАНИЯ МЕТАНА В ТРОПОСФЕРЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛИДАРА КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ

Метан является вторым по важности парниковым газом антропогенного происхождения, содержание которого в атмосфере быстро растет. На сегодняшний день не существует способов дистанционного профилирования содержания метана в тропосфере с точностью на уровне 0.2 ppm (parts per million). Авторами впервые получены профили метана до высоты 4 км с помощью лидара комбинационного рассеяния. В измерениях использовался лазер с мощностью 20 Вт на длине волны 354.7 нм. На рис. 29 приведены лидарные сигналы комбинационного рассеяния метана и азота (а), а также рассчитанный из них профиль содержания метана (б).

Впервые продемонстрирована возможность измерять содержание метана на уровне долей ppm лидаром комбинационного рассеяния, что предоставляет уникальные возможности по наблюдению и прогнозированию процессов изменения климата, а также по дистанционному отслеживанию источников метана. Результаты получены коллективом, представляющим Центр физического приборостроения Института общей физики РАН (И. Веселовский, М. Коренский), Лабораторию оптики атмосферы (П. Голуб, К. Ху, Т. Подвин), Университет Лилля-CNRS, Франция, Центр космических полетов им. Годдарда, США (Д.Н. Вайтмен), а также Институт энергетических и ядерных исследований, Бразилия (Е. Лан-дулфо).

Результаты частично опубликованы в статье [28].

Направление 11.

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ЛАЗЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, ВКЛЮЧАЯ ОБРАБОТКУ И МОДИФИКАЦИЮ МАТЕРИАЛОВ, ОПТИЧЕСКУЮ ИНФОРМАТИКУ, СВЯЗЬ, НАВИГАЦИЮ И МЕДИЦИНУ

11.1. МИНИАТЮРНЫЙ КВАНТОВЫЙ СТАНДАРТ ЧАСТОТЫ

В Институте лазерной физики СО РАН совместно с Всероссийским научно-исследовательским институтом физико-технических и радиотехнических измерений разработан, создан и исследован миниатюрный квантовый стандарт частоты микроволнового диапазона (рис. 30). Для стабилизации частоты используются нелинейные резонансы когерентного пленения населенностей в парах рубидия, возбуждаемые в многочастотном поле излучения диодного лазера с вертикальным резонатором. Этот метод возбуждения реперных сигналов является полностью оптическим, не требующим генерации непосредственно микроволнового поля и применения громоздкого СВЧ-резонатора. Созданный стандарт частоты может использоваться для решения различных важнейших задач науки и техники, например, в системах глобальной спутниковой навигации нового поколения с повышенной точностью, в системах передачи больших потоков данных, разведки полезных ископаемых и других.

Достигнутая нестабильность частоты созданного стандарта является рекордной для стандартов частоты подобных габаритов и энергопотребления, как среди отечественных, так и зарубежных аналогов.

Поданы заявки (Правообладатели ИЛФ СО РАН, ФГУП “ВНИИФТРИ”):

1. Изобретение “Система термостабилизации и магнитного экранирования поглощающей ячейки квантового дискриминатора”.

2. Полезная модель “Сверхминиатюрный квантовый стандарт частоты”.

3. Полезная модель “Испытательный стенд для компонентов дискриминатора стандарта частоты на основе эффекта когерентного пленения населенностей”.

4. Программа для ЭВМ “Программное обеспечение встраиваемого микроконтроллера системы управления малогабаритным квантовым стандартом частоты”.

5. Программа для ЭВМ “Прикладное программное обеспечение системы управления малогабаритным квантовым стандартом частоты”.

Направление 12.

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАДИОФИЗИКИ И АКУСТИКИ, В ТОМ ЧИСЛЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ РАДИОФИЗИЧЕСКИХ И АКУСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ СВЯЗИ, ЛОКАЦИИ И ДИАГНОСТИКИ, ИЗУЧЕНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ВОЛНОВЫХ ЯВЛЕНИЙ

12.1. ОПТИЧЕСКИЙ КОГЕРЕНТНЫЙ ТОМОГРАФ ДЛЯ НЕИНВАЗИВНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ СРЕДНЕГО УХА ЧЕЛОВЕКА

Разработан оптический когерентный томограф для неинвазивного исследования среднего уха с расширенным динамическим диапазоном, бесконтактным оптическим зондированием и цифровой коррекцией влияния случайных движений (тремора) (рис. 31). На основе анализа распределения величины обратного рассеяния и оценки подвижности рассеивателей разработаны методы получения новой диагностически значимой информации. Разработан метод картирования толщины барабанной перепонки. Полученные результаты могут быть использованы для создания средств скрининговых исследований по выявлению среднего экссудативного отита, в том числе у детей дошкольного возраста (рис. 32).

Работа выполнена коллективом авторов, представляющих Институт прикладной физики РАН (В.М. Геликонов, П.А. Шилягин, А.А. Моисеев, С.Ю. Ксенофонтов, Д.А. Терпелов, В.А. Маткивский, Г.В. Геликонов), а также Приволжский окружной медицинский центр (А.А. Новожилов, Т.Э. Абубакиров) и Приволжский исследовательский медицинский университет (А.В. Шахов). Результаты частично опубликованы в статьях [29–35].

12.2. НОВЫЙ МЕТОД СПУТНИКОВОГО МОНИТОРИНГА ОПТИЧЕСКИ СЛОЖНЫХ ВНУТРЕННИХ ВОДОЕМОВ С ВЫСОКОЙ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТЬЮ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВОДЫ

Предложен метод спутникового мониторинга экологического состояния внутренних водоемов (определяемого содержанием хлорофилла, растворенного органического вещества и взвеси) с высокой пространственно-временной изменчивостью биооптических характеристик воды. В его основе лежит выполнение судовых измерений унифицированного набора физических характеристик водоема на минимальном временном интервале относительно спутниковой съемки с высоким пространственным разрешением, недостижимым ранее в подспутниковых станционных измерениях. Разработана региональная эмпирическая модель яркости водной поверхности, позволяющая восстанавливать характеристики воды в Горьковском водохранилище по данным съемки со спутников Sentinel-2 и Sentinel-3 с учетом особенностей выбранного спутника и характеристик атмосферы над водоемом (рис. 33, 34). Метод опережает известные мировые исследования в этой области и является готовым к применению методом спутникового мониторинга качества вод внутренних водоемов.

Институт-разработчик: Институт прикладной физики РАН (А.А. Мольков) при участии Института океанологии РАН (В.В. Пелевин) и Морского гидрофизического института РАН (С.В. Фёдоров, Е.Н. Корчёмкина).

Возможно использование метода во внутренних водоемах мезотрофного, эвтрофного и гипертрофного статуса с размерами, достаточными для разрешения космическими сканерами цвета. Предложенный метод готов к практическому применению. Для построения сезонных региональных алгоритмов оценки качества воды в выбранном водоеме требуется натурные измерения в течение одного-двух сезонов.

Разработка методов дистанционного мониторинга качества вод внутренних водоемов ведется повсеместно – от Азии до Америки. В Европе работает директива European Union Water Framework Directive (WFD), призванная классифицировать более 1000 внутренних водоемов по оптическим свойствам воды, а также разработать алгоритмы дистанционного мониторинга качества воды и контроля ее динамики. В России известны единичные работы, направленные на мониторинг внутренних водоемов с использованием средств космической съемки (рис. 35).

Все эти работы проводятся с использованием возможностей станционных измерений, что уступает потенциалу предложенного авторами метода. Результаты частично опубликованы в работах [36–38].

12.3. КЛАСС ТОЧНЫХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ПЛОСКИХ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ТЕЧЕНИЙ ЖИДКОСТИ СО СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

Исследованы плоские потенциальные нестационарные течения идеальной несжимаемой жидкости со свободной поверхностью в отсутствие внешних сил и капиллярности. Найден новый широкий класс точных решений, для которого течения описываются интегрируемым уравнением Хопфа на обратную комплексной скорости величину. Эти решения соответствуют инерционному сжатию, либо расширению несимметричной полости в жидкости (рис. 36). Они описывают эволюцию границы вплоть формирования на ней особенностей – острий и пузырей.

Исследована также нелинейная динамика неустойчивости Кельвина–Гельмгольца свободной поверхности He-II, развивающейся при встречном движении нормальной и сверхтекучей компонент жидкого гелия (рис. 37). Продемонстрировано, что вблизи порога линейной устойчивости эволюция границы описывается моделью |ϕ|⁴ – уравнением Клейна–Гордона для комплексной амплитуды возбуждаемой волны с кубической нелинейностью. Важно, что при любых соотношениях плотностей компонент гелия нелинейность всегда играет дестабилизирующую роль, ускоряя развитие линейной неустойчивости границы. В рамках метода интегральных неравенств сформулированы достаточные критерии взрывного роста возмущений свободной поверхности.

Ответственные исполнители работы: Н.М. Зубарев (ИЭФ УрО РАН), П.М. Лушников (ИТФ им. Л.Д. Ландау РАН), Е.А. Карабут (Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН). Результаты частично опубликованы в работах [39, 40].

12.4. ДИСТАНЦИОННЫЕ РАДАРНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ АНИЗОТРОПИИ НЕОДНОРОДНЫХ ПРИРОДНЫХ СРЕД

Сотрудниками Института физического материаловедения СО РАН (Т.Н. Чимитдоржиев, А.В. Дмитриев, П.Н. Дагуров) совместно с учеными Научно-исследовательского института аэрокосмического мониторинга “Аэрокосмос” (В.Г. Бондур) создана методическая основа дистанционных радарных измерений пространственной анизотропии неоднородных природных сред при различных азимутальных углах зондирования (рис. 38). Предложены поляризационные сигнатуры, учитывающие пространственные вариации обратного радарного рассеяния при различных состояниях поляризационного эллипса. Результаты частично опубликованы авторами в работе [41].

Направление 13.

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ФИЗИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ, В ТОМ ЧИСЛЕ РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ГЕНЕРАЦИИ, ПРИЕМА И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН С ПОМОЩЬЮ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ И ВАКУУМНЫХ УСТРОЙСТВ, АКУСТОЭЛЕКТРОНИКА, РЕЛЯТИВИСТСКАЯ СВЧ-ЭЛЕКТРОНИКА БОЛЬШИХ МОЩНОСТЕЙ, ФИЗИКА

13.1. ШУМ ЗАМАГНИЧЕННОГО СИЛЬНОТОЧНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА

В полосе частот 59 ГГц проанализирован шум замагниченного сильноточного электронного пучка. На субнаносекундном фронте не обнаружено модуляции тока из-за дискретности взрывной электронной эмиссии катода. Следовательно, электровзрыв графитовых эмиттеров имеет масштаб меньше обратной граничной частоты полосы, т.е. он быстрее 15 пс. Зарегистрирован лидирующий широкополосный сигнал с киловаттной мощностью, возрастающей с укорочением фронта тока. Он может интерпретироваться как затравочный для возбуждения генерации в черенковских СВЧ-приборах. Последующие шумы, в том числе с выделенными спектральными максимумами, являются спонтанным магнитотормозным излучением электронов.

Применение ускоряющих импульсов с амплитудой порядка –300 kV и с субнаносекундном фронтом варьируемой длительности позволило проанализировать шум пучка на интервале в единицы наносекунд с момента возникновения взрывной электронной эмиссии (ВЭЭ) на графитовом катоде. Показано, что фронт полного тока пучка на интервале в сотни пикосекунд не отражает свойств дискретности ВЭЭ-процессов в полосе регистрации до 59 ГГц. Зарегистрирован лидирующий широкополосный электромагнитный сигнал (рис. 39б), связанный с коротким фронтом тока пучка (рис. 39г). Он возникает до начала переходного процесса релятивистской ЛОВ 8-мм диапазона (рис. 39a) и является затравочным для ее генерации. Последующие шумы могут иметь выделенные спектральные максимумы (рис. 40а), и их можно квалифицировать как спонтанное магнитотормозное излучение электронов, вращающихся в продольном магнитном поле при условии циклотронного резонанса электронного потока с волноводными модами (рис. 40б). Эти шумы запаздывают по отношению к затравочному и не влияют на фазу генерации ЛОВ. Полученные результаты имеют мировой приоритет. Они получены в Институте электрофизики УрО РАН (В.Г. Шпак), Институте сильноточной электроники СО РАН (В.В. Ростов), Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН (Г.А. Месяц) и частично опубликованы в работах [42, 43].

Направление 14.

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ФИЗИКИ ПЛАЗМЫ, ВКЛЮЧАЯ ФИЗИКУ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ И УПРАВЛЯЕМОГО ТЕРМОЯДЕРНОГО СИНТЕЗА, ФИЗИКУ АСТРОФИЗИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЫ, ФИЗИКУ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ И ОСНОВЫ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

14.1. СФЕРИЧЕСКИЙ ТОКАМАК ГЛОБУС-М2 С УВЕЛИЧЕННЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

Введен в эксплуатацию российский сферический токамак Глобус-М2 с увеличенным магнитным полем (рис. 41). При росте магнитного поля с 0.4 до 0.7 Тл и тока плазмы с 0.2 до 0.33 МА при неизменном значении мощности дополнительного нагрева и запаса устойчивости зарегистрировано существенное (до трех раз) повышение температуры и энергозапаса плазмы. Зафиксировано двукратное увеличение времени удержания энергии плазмы. Это подтверждает скейлинг, полученный ранее на сферических токамаках NSTX (USA), MAST(UK) и Глобус-М (Россия) и распространяет его на область более высоких магнитных полей (рис. 42). Впервые на сферическом токамаке удалось заместить часть индукционного тока разряда током, увлекаемым ВЧ-волнами промежуточного диапазона частот (2.45 ГГц), замедленными     в тороидальном направлении (рис. 43).

Работы проведены большим коллективом сотрудников Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН в составе: В.К. Гусев, Н.В.  Сахаров, В.Б. Минаев, В.И. Варфоломеев, Ю.В. Петров, В.В. Дьяченко, А.Н. Новохацкий, М.И. Патров, Н.Н. Бахарев, А.Н. Коновалов, Г.С. Курскиев, А.Ю. Тельнова, Е.А. Тюхменева, П.Б. Щеголев. Результаты описаны в публикации [44].

Направление 15.

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ, В ТОМ ЧИСЛЕ ФИЗИКИ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ И ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ, ВКЛЮЧАЯ ФИЗИКУ НЕЙТРИНО И АСТРОФИЗИЧЕСКИЕ И КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ, А ТАКЖЕ ФИЗИКИ АТОМНОГО ЯДРА, ФИЗИКИ УСКОРИТЕЛЕЙ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ И ДЕТЕКТОРОВ, СОЗДАНИЕ ИНТЕНСИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ НЕЙТРОНОВ, МЮОНОВ, СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЯ В НАУКЕ, ТЕХНОЛОГИЯХ И МЕДИЦИНЕ

15.1. ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПАДА K⁺ → μ⁺ ν γ НА УСТАНОВКЕ ОКА

На установке ОКА на 18 ГэВ/с вторичном сепарированном пучке каонов протонного синхротрона У-70 Института физики высоких энергий им. А.А. Логунова НИЦ “Курчатовский институт” выполнено детальное исследование распада заряженного каона K⁺ → μ⁺ ν γ. Благодаря большому интегральному потоку каонов (3.4 × 10¹⁰ на входе в распадный объем), высокой энергии пучка и хорошей герметичности установки удалось надежно выделить и исследовать искомый распад. Наблюдено 95 тыс. событий с энергией γ-кванта 25 МэВ < $E_{\gamma }^{*}$ < 150 МэВ в системе покоя каона. Изучение плотности распределения событий распада на диаграмме Далитца позволило обнаружить деструктивную интерференцию доминирующего в этом распаде тормозного излучения и структурного излучения. В результате удалось измерить разницу векторной и аксиальной констант: F_V – F_A= 0.134 ± 0.021 ± 0.027 (рис. 44).

Полученное значение отличается от предсказания киральной теории возмущений F_V – F_A = 0.052 (различие 2.3σ), что может указывать на необходимость модификации теории.

Работа выполнена коллективом авторов из Института физики высоких энергий им. А.А. Логунова НИЦ “Курчатовский институт” (В.Ф. Образцов, В.Ф. Куршецов) и Института ядерных исследований РАН (В.И. Кравцов).

Результаты частично опубликованы в статье [45].

15.2. ОГРАНИЧЕНИЕ НА ЭФФЕКТИВНУЮ МАССУ ЭЛЕКТРОННОГО АНТИНЕЙТРИНО, ВДВОЕ ПРЕВОСХОДЯЩЕЕ ПО ТОЧНОСТИ ПРЕДЫДУЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

В международном эксперименте КАТРИН поставлено лучшее в мире ограничение на массу электронного антинейтрино m_ν < 1 эВ (Институт ядерных исследований РАН в составе коллаборации КАТРИН).

В 2018 году на базе Технологического института Карлсруэ при активнейшем участии сотрудников Института ядерных исследований РАН завершилось создание установки КАТРИН. В ее основе лежит идея электростатического спектрометра с адиабатической магнитной коллимацией, предложенная академиком В.М. Лобашевым и П.Е. Спиваком. Этот подход позволил совместить высокое разрешение спектрометра и неограниченную площадь безоконного газового источника молекулярного трития. Ранее эта идея была воплощена на установке “Троицк ню-масс” ИЯИ РАН, где было получено ограничение на эффективную массу электронного антинейтрино на уровне 2.05 эВ, которое до последнего времени признавалось лучшим в мире (рис. 45).

Установка КАТРИН, выполненная на новом технологическом уровне, позволила поднять интенсивность источника примерно в 170 раз. Анализ первого четырехнедельного цикла измерений, проведенных в 2019 году, привел к ограничению на эффективную массу электронного антинейтрино m_ν < 1 эВ, что вдвое превосходит по точности предыдущие лабораторные результаты, набранные за несколько лет.

Координатор: Н.А. Титов. Результаты частично опубликованы в работе [46].

15.3. ПЕРВЫЕ КАНДИДАТЫ НА СОБЫТИЯ ОТ АСТРОФИЗИЧЕСКИХ НЕЙТРИНО ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ В БАЙКАЛЬСКОМ НЕЙТРИННОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ

Коллаборацией “Байкал” развернуты и введены в эксплуатацию четвертый и пятый кластеры нейтринного телескопа Baikal-GVD. С их вводом эффективный объем телескопа Baikal-GVD достиг значения 0.25 км³ в задаче регистрации ливней от нейтрино высоких энергий астрофизической природы, что, с учетом более эффективной регистрации ливней в воде, составляет около 60% эффективного объема антарктического детектора IceCub.

В рамках этой задачи выполнен предварительный анализ данных 2015, 2016, 2018 и, частично, 2019 года, позволивший выделить первые шесть событий в области энергии 100 ТэВ, где поток астрофизических нейтрино уже превалирует над фоном атмосферных нейтрино (рис. 46, 47).

Работы проводились сотрудниками Института ядерных исследований РАН и Объединенного института ядерных исследований. Координатор: Г.В. Домогацкий.

Результаты частично размещены в базе arXiv [47, 48].

15.4. РАДИАЦИОННЫЕ И РАДИОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Специалистами Объединенного института ядерных исследований и Медицинского радиологического научного центра им. А.Ф. Цыба (филиал ФГБУ “Национальный медицинский исследовательский радиологический центр” Минздрава России) проведены предклинические исследования нового метода повышения биологической эффективности протонов для лечения опухолевых заболеваний in vivo. Группе животных (мыши) была привита опухоль меланомы. Опухоли животных подвергались облучению протонами в пике Брэгга с предварительным введением арабинозидцитозина (АраЦ) или без него (рис. 48). Контрольные, необлученные животные, погибли на 30-е сутки в результате развития опухолевого процесса. На 40-е сутки обе группы облученных животных оставались живы. Вместе с тем, размеры опухоли меланомы у облученных животных с введением АраЦ были примерно в 3 раза меньшими по сравнению с облучением лишь одними протонами. Получен патент №2699670 на изобретение нового метода усиления радиационного воздействия на живые клетки.

Результаты работы частично опубликованы [49]. Координатор: Е.А. Красавин.

15.5. ФИЗИКА ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ

В Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) введен в эксплуатацию уникальный ускорительный комплекс – фабрика сверхтяжелых элементов (СТЭ) (рис. 49).

Подготовлен первый эксперимент по синтезу изотопов 115-го элемента – московия. Основное оборудование установки – ускоритель ДЦ-280 – показан на рис. 50. Этот эксперимент подводит итог многолетней работы ОИЯИ по созданию и запуску фабрики СТЭ и должен показать готовность комплекса к началу реализации долгосрочной программы, нацеленной на синтез элементов 119 и 120 – первых элементов 8 периода Периодической таблицы Д.И. Менделеева, и изучение ядерно-физических и химических свойств новых элементов. Координатор этого проекта – академик Ю.Ц. Оганесян (oganessian@jinr.ru). Часть результатов уже опубликована [50, 51].

15.6. НОВЫЕ КАНАЛЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ И РАСПАДА НИЗКОЛЕЖАЩЕГО ИЗОМЕРА ЯДРА ²²⁹Th

В Физическом институте Российской академии наук (ФИАН) предложен высоко эффективный процесс возбуждения низколежащего изомерного состояния 3/2⁺(8.3 эВ) в ядре ²²⁹Th фотонами по механизму электронного моста через атомную оболочку с промежуточными состояниями в непрерывном спектре (рис. 51а, 51б).

Такой процесс позволяет осуществить резонансное возбуждение ядра независимо от схемы уровней атома (иона) [1]. Показано, что в ридберговском атоме (ионе) тория распад изомера ^229 m Th (3/2⁺, 8.3 эВ) по каналу внутренней конверсии (рис. 52) происходит только через ридберговский электрон и может быть существенно замедлен [53].

Уже при относительно небольших значениях главного квантового числа и орбитального момента ридберговского состояния вероятность конверсии W_IC уменьшается на 9 порядков величины и становится меньше вероятности γ-излучения W_γ (рис. 53). Часть результатов уже опубликована [52, 53].

Направление 16.

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ АСТРОНОМИИ, АСТРОФИЗИКИ И ИССЛЕДОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА, В ТОМ ЧИСЛЕ ПРОИСХОЖДЕНИЕ, СТРОЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ, ПРИРОДА ТЕМНОЙ МАТЕРИИ И ТЕМНОЙ ЭНЕРГИИ, ИССЛЕДОВАНИЕ ЛУНЫ И ПЛАНЕТ, СОЛНЦА И СОЛНЕЧНО-ЗЕМНЫХ СВЯЗЕЙ, ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКЗОПЛАНЕТ И ПОИСКИ ВНЕЗЕМНЫХ ЦИВИЛИЗАЦИЙ, РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ И АППАРАТУРЫ ВНЕАТМОСФЕРНОЙ АСТРОНОМИИ И ИССЛЕДОВАНИЙ КОСМОСА, КООРДИНАТНО-ВРЕМЕННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

16.1. ЗАПУСК РЕНТГЕНОВСКОЙ ОБСЕРВАТОРИИ “СПЕКТР-РГ” И ПЕРВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Р.А. Сюняев, руководитель проекта “Спектр-РГ”, от имени коллектива Института космических исследований РАН сообщил следующее.

13 июля 2019 г. состоялся успешный запуск с космодрома Байконур ракеты-носителя “Протон-М” с разгонным блоком “ДМ-03” и российской астрофизической обсерваторией “Спектр-РГ” (рис. 54). Аппарат создан в НПО им. С.А. Лавочкина. В состав обсерватории входят два рентгеновских телескопа: eROSITA (Германия) и ART-XC (Россия). ART-XC – первый рентгеновский телескоп косого падения, разработанный и произведенный в России. Он создан в ИКИ РАН и РФЯЦ ВНИИЭФ (г. Саров) при участии Центра космических полетов им. Маршалла (США). Научный руководитель телескопа ART-XC – М. Павлинский (ИКИ РАН). В фокальной плоскости телескопа установлены уникальные рентгеновские детекторы на основе теллурида кадмия, разработанные в ИКИ РАН под руководством В. Левина.

21 октября 2019 г. аппарат завершил перелет в окрестность точки либрации L2 системы Солнце–Земля, а 8-го декабря 2019 г. обсерватория начала выполнение своей главной задачи – проведение четырехлетнего обзора всего неба в рентгеновских лучах, чувствительность которого должна в десятки раз превзойти существующие обзоры.

В течение первых четырех месяцев после запуска телескопы обсерватории “Спектр-РГ” проводились тестовые наблюдения астрофизических объектов на небе, которые подтвердили высочайшие заявленные характеристики приборов (рис. 55). Ожидается, что в результате уникального обзора всего неба будет обнаружено порядка ста тысяч массивных скоплений галактик, несколько миллионов сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик, сотни тысяч звезд с активными коронами и много других интересных объектов, в том числе неизвестной природы, а также детально исследованы свойства горячей межзвездной и межгалактической плазмы.

Уже сейчас получен массив интереснейших данных о наблюдаемых астрофизических объектах. Нет сомнений в том, что проект “Спектр-РГ” обеспечит нас в ближайшие годы новой уникальной информацией.

16.2. ОБНАРУЖЕНИЕ САМОГО МОЩНОГО КИЛОМАЗЕРА В НАШЕЙ ГАЛАКТИКЕ

С помощью 22-метрового радиотелескопа РТ-22 в Симеизе (Крымская астрофизическая обсерватория РАН) в линиях водяного пара на частоте 22235 МГц открыт самый мощный галактический киломазер G25.65+1.05. В объекте зарегистрирована самая мощная за всю историю наблюдений двойная вспышка, во время которой плотность потока радиоизлучения увеличилась более чем в 1300 раз. Впервые в мире получена детальная форма изменения спектральной плотности потока излучения источника в зависимости от времени. Проведены наземные РСДБ эксперименты по наблюдению вспышки киломазера G25.65+1.05 на интерферометре РСДБ-комплекса “Квазар-КВО” и РСДБ станции Симеиз, которые подтверждают наличие компактных глобул.

Разработана модель первичного энерговыделения, на основе кратной массивной звездной системы, в которой в результате мощного гравитационного возмущения происходит сброс оболочки центральной сверхмассивной звезды; она достигает аккреционного диска и создает взрывной подъем плотности и температуры в газово-пылевой среде, где расположены мазерные глобулы. Такие результаты получены в мировой практике впервые. Результаты частично опубликованы в работах [54, 55].

16.3. ОБНАРУЖЕНИЕ РЕКОРДНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В КОРОНЕ АКТИВНЫХ ОБЛАСТЕЙ СОЛНЦА

Величина самых сильных полей в активных областях на Солнце, как правило, не превышает 3000 Гс и лишь изредка на фотосфере регистрируются поля больше 5000 Гс. В короне Солнца значения полей значительно меньше, что объясняется уменьшением поля с высотой. К примеру, ранее никогда не сообщалось о наблюдении корональных магнитных полей выше 2000 Гс. Стоит отметить, что магнитные поля в короне Солнца очень трудно измерить по эффекту Зеемана и единственный способ прямого изменения корональных магнитных полей заключается в анализе микроволнового излучения. Наблюдение такого излучения на частоте 34 ГГц позволило зарегистрировать аномально сильное корональное магнитное поле в солнечной активной области 12 673. По данным измерений в микроволновом диапазоне, проведенным 6 сентября 2017 г., магнитное поле в основании короны составило около 4000 Гс, что также подтверждается восстановлением магнитного поля по фотосферным магнитограммам в нелинейном бессиловом приближении. Полученный результат заставляет нас пересмотреть наши представления о том, насколько сильным может быть магнитное поле в короне Солнца (рис. 58).

Работа выполнена сотрудниками Института солнечно-земной физики СО РАН (С.А. Анфиногентов, И.И. Мышьяков), Санкт-Петербургского государственного университета (А.Г. Ступишин) и Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН (Г.Д. Флейшман). Результаты частично опубликованы в работе [56].

16.4. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ГАЗА В ГАЛАКТИКАХ С ПОЛЯРНЫМИ КОЛЬЦАМИ

В галактиках с полярными кольцами наблюдаются внешние кольца из звезд, газа и пыли, вращающиеся примерно перпендикулярно к диску центральной галактики. Такая пекулярная морфология является результатом гравитационного взаимодействия с веществом с иным направлением момента вращения. Это может быть слияние с ортогонально ориентированным компаньоном, захват вещества карликового спутника, или аккреция газа из протяженных космологических филаментов. Последний сценарий все больше набирает популярность, но для его проверки необходимы точные измерения химического состава газа, поскольку теория предсказывает относительно низкое содержание в нем тяжелых элементов. В результате проведенных на 6-м телескопе САО РАН спектральных исследований в три раза увеличено число галактики с полярными кольцами с измеренным содержанием кислорода (рис. 59). При этом все галактики следуют стандартному соотношению “светимость–металличность”, что отвергает для них сценарий формирования полярных структур аккрецией из филаментов. Также показано, что существенную роль в ионизации газа играют ударные волны, возникающие при столкновении газовых облаков кольца со звездным диском галактики. Этот эффект давно предсказывался, но ранее наблюдался лишь в единственной галактике.

Работа выполнена (А.В. Егоров, А.В. Моисеев) в Специальной астрофизической обсерватории (САО РАН) и в Государственном астрономическом институте им. П.К. Штенберга (ГАИШ МГУ) [57].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ekimov E.A., Lyapin S.G., Grigoriev Yu.V., Zibrov I.P., Kondrina K.M. Size-Controllable Synthesis of Ultrasmall Diamonds from Halogenated Adamantanes at High Static Pressure // Carbon. 2019. V. 150. P. 436–438.

2. Drozdov A.P., Kong P.P., Minkov V.S., Besedin S.P., Kuzovnikov M.A., Mozaffari S., Balicas L., Balakirev F.F., Graf D. E., Prakapenka V. B., Greenberg E., Knyazev D.A., Tkacz M., Eremets M. I. Superconductivity at 250 K in Lanthanum Hydride under High Pressures // Nature. 2019. V. 569. P. 528–531. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1201-8

3. Petrzhik A.M., Constantinian K.Y., Ovsyannikov G.A., Zaitsev A.V., Shadrin A.V., Grishin A.S., Kislinski Yu.V., Cristiani G., and Logvenov G. Superconducting Current and Low-Energy States in a Mesa-Heterostructure Interlayered with a Strontium Iridate Film with Strong Spin-Orbit Interaction // Phys. Rev. B. 2019. V. 100. 024501.

4. Ваньков А.Б., Губарев С.И., Кирпичев В.Е., Морозо-ва Е.Н., Ханнанов М.Н., Кулик Л.В., Кукушкин И.В. Портативный газоанализатор на основе волоконного рамановского спектрометра // Прикладная физика. 2019. № 4. С. 87–92.

5. Vlasenko V.A., Pervakov K.S., Eltsev Y.F., Berbentsev V.D., Tsapleva A.S., Lukyanov P.A., Abdyukhanov I.M., Pudalov V.M. Critical Current and Microstructure of FeSe Wires and Tapes Prepared by PIT Method // IEEE Trans. Appl. Supercond. 2019. V. 29. № 3. 6900505.

6. Dolganova I.N., Shikunova I.A., Katyba G.M., Zotov A.K., Mukhina E.E., Shchedrina M.A., Tuchin V.V., Zaytsev K.I., Kurlov V.N. Optimization of Sapphire Capillary Needles for Interstitial and Percutaneous Laser Medicine // J. Biomedical Optics. 2019. V. 24. № 12. 128001. https://doi.org/10.1117/1.JBO.24.12.128001

7. Yudina E.B., Aleksenskii A.E., Fomina I.G., Shvidchenko A.V., Danilovich D.P., Eremenko I.L., Vul A.Y. Interaction of Carboxyl Groups with Rare Metal Ions on the Surface of Detonation Nanodiamonds // Eur. J. Inorg. Chem. 2019. P. 1–6.

8. Panich A.M., Salti M., Goren S.D., Yudina E.B., Aleksenskii A.E., Vul A.Y., Shames A.I. Gd(III)-Grafted Detonation Nanodiamonds for MRI Contrast Enhancement // J. Phys. Chem. C. 2019. V. 123. № 4. P. 2627–2631.

9. Golovizin A. et al. Inner-Shell Clock Transition in Atomic Thulium with a Small Blackbody Radiation Shift // Nature Comm. 2019. V. 10. P. 1724.

10. Трегубов Д.О. и др. Магические длины волн в области 800 нм для прецизионной спектроскопии внутриоболочечного перехода в атоме тулия // Квант. электроника. 2019. Т. 49. № 11. С. 1028–1031.

11. Golovizin A. et al. An Ultrastable Laser System for Spectroscopy of the 1.14 μm Inner-Shell Clock Transition in Tm and Its Absolute Frequency Measurement // J. Russian Laser Research. 2019. P. 1–7.

12. Ionin A.A., Kinyaevskiy I.O., Klimachev Yu.M., Kot-kov A.A., Kozlov A.Yu., Sagitova A.M., Sinitsyn D.V., Rulev O.A., Badikov V.V., and Badikov D.V. Frequency Conversion of Mid-IR Lasers into the Long-Wavelength Domain of 12–20 µm with AgGaSe₂, BaGa₂GeSe₆ and PbIn₆Te₁₀ Nonlinear Crystals // Optics Express. 2019. V. 27. № 17. P. 24 353–24 361. https://doi.org/10.1364/OE.27.024353

13. Ionin A.A., Kinyaevskiy I.O., Klimachev Yu.M., Kot-kov A.A., Kozlov A.Yu., Sagitova A.M., Sinitsyn D.V., Rulev O.A., Badikov V.V., and Badikov D.V. Broadband (1.7–6.0 μm) Multiline CO Laser System with Intra- and Extracavity Sum Frequency Generation in BaGa₂GeSe₆ Crystals // Optics and Laser Technology. 2019. V. 115. P. 205–209. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2019.02.035

14. Ionin A., Kinyaevskiy I., Klimachev Y., Kotkov A., Kozlov A., Sagitova A., Seleznev L., Sinitsyn D. Hybrid Molecular Gas Laser Systems Operating within Wavelength Range of 1.7–19.3 Micron // Proc. SPIE. 2019. V. 11162. P. 111620D. https://doi.org/10.1117/12.2532492

15. Алексеев С.В., Иванов Н.Г., Лосев В.Ф., Месяц Г.А., Михеев Л.Д., Ратахин Н.А., Панченко Ю.Н. Достижение пиковой мощности 40 ТВт в гибридной фемтосекундной системе видимого диапазона THL-100 // Квант. электроника. 2019. Т. 49. № 10. С. 947–950.

16. Alekseev S.V., Ivanov N.G., Losev V.F., Mesyats G.A., Mikheev L.D., Ratakhin N.A., Panchenko Yu.N. THL-100 Multi-Terawatt Laser System of Visible Spectrum Range // Optic. Commun. 2019. 15 January 2020. V. 455. 124386.

17. Ciappina M.F., Popruzhenko S.V., Bulanov S.V., Ditmire T., Korn G., Weber S. // Phys. Rev. A . 2019. V. 99. 043405. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.99.043405

18. Гинзбург В. Н. и др. Сжатие после компрессора: трехкратное уменьшение длительности лазерных импульсов мощностью 200 ТВт // Квант. электроника. 2019. Т. 49. № 4. С. 299.

19. Okhrimchuk A.G., Pryamikov A.D., Gladyshev A.V., Alagashev G.K., Smayev M.P., Likhov V.V., Dorofeev V.V., Motorin S.E., Yatsenko Yu.P. Direct Laser Written Waveguide in Tellurite Glass for Supercontinuum Generation in 2 μm Spectral Range // J. Lightwave Techn. 2019. https://doi.org/10.1109/JLT.2019.2954862

20. Zhizhchenko A., Syubaev S., Berestennikov A., Yulin A., Porfirev A., Pushkarev A., Shishkin I, Golokhvast K., Bogdanov A., Zakhidov A., Kuchmizhak A., Kivshar Yu., Makarov S. Single-Mode Lasing from Imprinted Halide-Perovskite Microdisks // ACS Nano. 2019. V. 13. № 4. P. 4140–4147.

21. Ushakov A.A., Panov N.A., Chizhov P.A., Shipilo D.E., Bukin V.V., Savel’ev A.B., Garnov S.V., Kosareva O.G. Waveform, Spectrum, and Energy of Backward Terahertz Emission from Two-color / Femtosecond Laser Induced |Nicroplasma // Appl. Phys. Lett. 2019. V. 114. № 8. 081102.

22. Kobtsev V., Kostritsa S., Pelevkin A., Smirnov V., Starik A., Titova N., Torokhov S., Vereshchagin K., Volkov S. Ignition and Early Stage Combustion of H₂–O₂ Mixture upon the Photodissociation of O₂ Molecules by UV Laser Radiation: Experimental and Numerical Study // Combustion and Flame. 2019. V. 200. P. 32–43.

23. Journal of Optics. 2019. https://doi.org/10.1088/2040-8986/ab4dc3

24. Smolyanskaya et al. Terahertz biophotonics as a tool for studies of dielectric and spectral properties of biological tissues and liquids // Progress in Quantum Electronics. 2018. V. 62. P. 1–77. https://doi.org/10.1016/j.pquantelec.2018.10.001

25. Chernomyrdin N.V. et al. Solid Immersion Terahertz Imaging with Sub-wavelength Resolution Applied Physics Letters. 2017. V. 110. № 22. 221109. https://doi.org/10.1063/1.4984952

26. Chernomyrdin N.V. et al. Reflection-mode continuous-wave 0.15λ-resolution terahertz solid immersion microscopy of soft biological tissues // Applied Physics Letters. 2018. V. 113. № 11. 111102. https://doi.org/10.1063/1.5045480

27. Gavdush A.A. et al. Terahertz spectroscopy of gelatin-embedded human brain gliomas of different grades: a road toward intraoperative THz diagnosis // Journal of Biomedical Optics. 2019. V. 24. № 2. 027001. https://doi.org/10.1117/1.JBO.24.2.027001.

28. Veselovskii I., Goloub P., Hu Q., Podvin T., Whiteman D.N., Korenskiy M., Landulf E. Profiling of CH4 Background Mixing Ratio in the Lower Troposphere with Raman Lidar: a Feasibility Experiment // Atmos. Meas. Tech. 2019. V. 12. P. 119–128.

29. Gelikonov G.V. et al. Compensation for the Influence of Fluctuations in the Distance to the Object During Noncontact Probing in Spectral Domain Optical Coherence Tomography // Radioph. Quant. Electr. 2019. V. 62. № 3. P. 228–236.

30. Gubarkova E.V. et al. Optical Сoherence Angiography for Pre-Treatment Assessment and Treatment Monitoring Following Photodynamic Therapy: A Basal Cell Carcinoma Patient Study // Sci. Rep. 2019. V. 9. № 1. P. 18670.

31. Ksenofontov S.Y. et al. Elimination of Artifacts Caused by the Nonidentity of Parallel Signal-Reception Channels in Spectral Domain Optical Coherence Tomography // Radioph. Quant. Electr. 2019. V. 62. № 2. P. 151–158.

32. Shilyagin P.A. et al. Stabilization of the Scanning Pattern for Three-Dimensional Phase-Sensitive Oct Modalities: Angiography, Relaxography, and Monitoring of Slow Processes // Sovr. Tehn. Med. 2019. V. 11. № 2. P. 25–32.

33. Ksenofontov S. et al. Numerical Method of Axial Motion Artifacts Correction in Spectral Domain Optical Coherence Tomography Retinal Imaging // Frontiers of optoelectronics. 2020.

34. Matkivsky V.A. et al. Differential geometric approach for automated eardrum thickness measurement in OCT image processing // Laser Phys. Lett. 2020.

35. Moiseev A.A. et al. Low scattering volumes visualization from Optical Coherence Tomography data and its applications in otolaryngology // Laser Phys. Lett. 2020.

36. Molkov A.A., Fedorov S.V., Pelevin V.V., Korchemki-na E.N. On Regional Models for High-Resolution Retrieval of Chlorophyll a and TSM Concentrations in the Gorky Reservoir by Sentinel-2 Imagery // Remote Sens. 2019. V. 10. № 11. P. 1215–1241.

37. Мольков А.А., Корчёмкина Е.Н., Лещев Г.В., Даниличева О.А., Капустин И.А. О влиянии цианобактерий, волнения и дна на коэффициент яркости воды Горьковского водохранилища // Совр. пробл. дистанц. зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 4. С. 203–212.

38. Калинская Д.В., Мольков А.А., Алескерова А.А. Исследование оптических характеристик над Горьковским водохранилищем в летние сезоны 2016 и 2017 гг. // Совр. пробл. дистанц. зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 1. С. 216–222.

39. Журавлева Е.Н., Зубарев Н.М., Зубарева О.В., Карабут Е.А. Алгоритм построения точных решений плоской нестационарной задачи о движении жидкости со свободной границей // Письма в ЖЭТФ. 2019. Т. 110. № 7. С. 443–448.

40. Зубарев Н.М., Лушников П.М. Взрывное развитие квантовой неустойчивости Кельвина-Гельмгольца свободной поверхности He-II // ЖЭТФ. 2019. Т. 156. № 4 (10). С. 711–720.

41. Бондур В.Г., Чимитдоржиев Т.Н., Дмитриев А.В., Дагуров П.Н. Оценка пространственной анизотропии неоднородностей лесной растительности при различных азимутальных углах радарного поляриметрического зондирования // Исследование Земли из космоса. 2019. № 3. С. 92–103.

42. Shunailov S.A., Mesyats G.A., Romanchenko I.V., Ros-tov V.V., Sadykova A.G., Sharypov K.A., Shpak V.G., Ulmasculov M.R., Yalandin M.I. Electromagnetic Noise of a Nanosecond Magnetized High-Current Electron Beam // J. Appl. Phys. (Оct. 2019). V. 126. https://doi.org/10.1063/1.5123414

43. Яландин М.И., Гинзбург Н.С., Голованов А.А., Зото-ва И.В., Ростов В.В., Шарыпов К.А., Шунайлов С.А. Развитие концепции мощных многоканальных микроволновых генераторов: состояние и перспективы // XI Всерос. семинар по радиофизике мм и суб-мм волн. 25–28 февраля 2019. Н.Новгород: ФИЦ ИПФ РАН, НПП ГИКОМ. Тез. докл. С. 47.

44. Бахарев Н.Н., Балаченков И.М., Варфоломеев В.И. и др. Результаты первых экспериментов на токамаке Глобус-М2 // Физика плазмы. 2020. Т. 46. Вып. 7. С. 579-587. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.31857/S036729212007001X

45. Measurement of the K⁺ → μ⁺ ν γ Decay Form Factors in the OKA Experiment // Eur. Phys. J. C. 2019. V. 79. P. 635.

46. Kazachenko O., Lobashev V. M., Lokhov V., Skasyrskaya A., Titov N., Tkachev I., Zadorozhny S., et al. (KATRIN Collaboration). Improved Upper Limit on the Neutrino Mass from a Direct Kinematic Method by KATRIN // Phys. Rev. Lett. 2019. V. 123. P. 22.221802.

47. Baikal-GVD collaboration. Search for Cascade Events with Baikal-GVD // PoS-ICRC2019-873, arXiv:1908.05430.

48. Baikal-GVD collaboration. Neutrino Telescope in Lake Baikal: Present and Future // PoS-ICRC2019-1011, arXiv:1908.05427.

49. Красавин Е.А., Борейко А.В., Замулаева И.А. Новый метод повышения эффективности действия ионизирующих излучений на клетки опухолевых тканей // Материалы 3-й Российской конференции с международным участием “Радиобиологические основы лучевой терапии”. ОИЯИ, Дубна, 2019. С. 84.

50. Dmitriev S.N., Oganessian Yu.Ts., Gulbekyan G.G., Kalagin I.V., Gikal B.N., Bogomolov S.L., Ivanenko I.A., Kazarinov N.Yu., Ivanov G.N., Osipov N.F., Pashchen-ko S.V., Khabarov M.V., Semin V.A., Yeremin A.V., Utyonkov V.K. SHE Factory: Cyclotron Facility for Super Heavy Elements Research // Proc. of CYC19 Int. Conf. South Africa, Cape Town, 2019. https://cyclotrons2019.vrws.de/

51. Гульбекян Г.Г., Дмитриев С.Н., Иткис М.Г., Оганесян Ю.Ц., Гикал Б.Н., Калагин И.В., Семин В.А., Богомолов С.Л., Бузмаков В.А., Иваненко И.А., Казаринов Н.Ю., Осипов Н.Ф., Пащенко С.В., Соколов В.А., Пчелкин Н.Н., Прохоров С.В., Хабаров М.В., Гикал К.Б. Запуск циклотрона ДЦ-280 – базовой установки Фабрики сверхтяжелых элементов ЛЯР ОИЯИ // Письма в ЭЧАЯ. 2019. Т. 50. № 6.

52. Borisyuk P.V., Kolachevsky N.N., Taichenachev A.V., Tkalya E.V., Tolstikhina I.Yu., Yudin V.I. Excitation of the Low Energy 229mTh Isomer in the Electron Bridge Process via Continuum // Phys. Rev. C. 2019. V. 100 (4), 044306.

53. Tkalya E.V. Decay of the Low-Energy Nuclear 229 mTh Isomer via Atomic Rydberg States // Phys. Rev. C. 2019. V. 100 (5). 054316.

54. Volvach L.N., Volvach A.E., Larionov M.G., MacLe-od G.C., Van den Heever S. P., Wolak P., Olech M. Powerful Bursts of Water Masers Towards G25.65+1.05 // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters. 2019. V. 482. № 1. P. L90–L92.

55. Вольвач Л.Н., Вольвач А.Е., Ларионов М.Г., МакЛе-од Г.К., Ван ден Хеевер С.П., Волак П., Олеч M., Ипатов А.В., Иванов Д.В., Михайлов А.Г., Мельников А., Ментен К., Беллоче А., Вейс А., Мазумдар П., Шуллер Ф. Гигантская вспышка мазера водяного пара в галактическом источнике IRAS 18316-0602 // Астрон. журн. 2019. Т. 96. № 1. C. 51–69.

56. Anfinogentov S.A., Stupishin A.G., Myshyakov I.I., Fleishman G.D. Record-breaking Coronal Magnetic Field in Solar Active Region 12673. Astrophys. J. Lett. 2019. V. 880. № 2. P. L29. https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab3042

57. Egorov O.V., Moiseev A.V. Metallicity and Ionization State of the Gas in Polarring Galaxies // MNRAS. 2019. V. 486. P. 4186.