Кафедра технической физики – это отличная возможность самореализации ещё в процессе обучения. Начиная с четвёртого курса, студенты начинают самостоятельную. - презентация

1 Кафедра технической физики – это отличная возможность самореализации ещё в процессе обучения. Начиная с четвёртого курса, студенты начинают самостоятельную работу над интересующей их темой, при непосредственном участии профессоров и доцентов. Наши студенты имеют возможность проходить практику по выбранным научным направлениям, в том числе, на предприятиях Росатома. Научные направления кафедры технической физики: вместе с сотрудниками кафедры студенты проводят теоретические и расчетные исследования газодинамики и теплофизики разделительных газовых центрифуг; моделируют процессы переноса в реакторных материалах и атомных технологиях. Проводят исследования в магнитных масс-спектрометрах; разрабатывают и изготавливают информационно-технические системы; исследуют воздействие электромагнитного поля на биологические объекты; ведутся фундаментальные работы по моделированию биологических систем. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ: комбинированная вычислительная модель разделительной газовой центрифуги; воздействие ионизирующего и электромагнитного излучений; обнаружение, распознавание и устойчивое сопровождение потенциально опасных объектов; автоматизированный график исполненной работы сортировочной станции; лаборатория теплопередающих устройств; моделирование газодинамических потоков вблизи микро- и наношероховатых поверхностей; разделение изотопов в каскадах; моделирование процессов переноса в реакторных материалах и атомных технологиях; закономерности эволюции диссипативных структур; лаборатория масс-спектрометрии; сильфонный вакуумметр с LC-генератором; биокибернетика и биофизика; новые информационные технологии обучения. Комбинированная вычислительная модель разделительной газовой центрифуги Физические процессы переноса, протекающие в роторе разделительной газовой центрифуги (РГЦ) носят достаточно сложный характер. Осесимметричное циркуляционное движение газа в роторе, которое обеспечивает основной разделительный эффект описывается системой уравнений Навье-Стокса. Однако такие элементы центрифуги, как отборники и отверстия в диафрагмах, нарушают осесимметричный характер течения и требуют трехмерного описания. Сверхзвуковое обтекание газом неподвижных отборников приводит к появлению ударных волн, нагреванию носика отборника и значительному объемному тепловыделению в газе. Тепловое излучение отборников приводит к неоднородному распределению температуры на поверхности ротора и возникновению тепловой циркуляции. Таким образом, для решения осессимметричной газодинамической и разделительной задач необходима информация о параметрах трехмерного обтекания отборников. На рисунке – трёхмерный расчёт обтекания отборника. Воздействие ионизирующего и электромагнитного излучений Объектами воздействия указанных излучений могут являться технические устройства, окружающая среда, население. По каждому из этих объектов имеет место специфическая проблематика, которая является взаимообусловленной. Эта тематика на нашей кафедре представлена одним из научных направлений. Полученные за последние 5 лет в её рамках результаты основаны на длительных исследованиях проводимых в том числе с привлечением сторонних организаций. Основные из этих результатов за рассматриваемый срок включают: разработку феноменологической теории радиолиза материалов биологической защиты ядерных энергетических установок; анализ последствий техногенных радиационных аварий в Уральском регионе; разработка способа воздействия инфранизкочастотного импульсного электромагнитного поля на биообъекты. Продолжается анализ механизмов воздействия инфранизкочастотного магнитного поля на биообъекты. Рассматриваются альтернативные варианты устройств обеспечивающие такое воздействие. Принципиальным результатом этой работы явилось установление факта избирательного воздействия инфранизкочастотного импульсного ЭМП на клетки опухоли. По методу воздействия получен патент. Моделирование процессов переноса в реакторных материалах и атомных технологиях Результаты, которыми можно гордиться, связаны с решением ряда вопросов гелиевой дефектоскопии и межчастичных взаимодействий в системе инертный газ- кристалл, разрабатываемых до настоящего времени в нашей группе, и развитием прорывной технологии высокоскоростного параллельного молекулярно- динамического моделирования на ПК с графическими процессорами. Так, разработанный в группе оригинальный метод гелиевой дефектоскопии, использованный изначально для определения ультрамалых концентраций дефектов вакансионного типа в ионных кристаллах, удалось применить для идентификации и определения концентрации кластеров дефектов в границах зерен металлов с субмикрокристаллической (СМК) структурой. В наших работах удалось доказать, что основным типом дефектов в палладии с СМК структурой, средний размер субзерен – 150 нм, являются кластеры из 8-ми вакансий. Никаким другим способом до сих пор не удавалось получить такую физичную информацию о таких сложных дефектах. Лаборатория теплопередающих устройств Выделение избыточного тепла является одним из наиболее характерных и распространенных процессов, сопровождающих работу различных технических объектов. Во многих случаях это тепло является вредным и его необходимо отводить. Проведённые в этом направлении разработки и исследования позволили сформулировать основные принципы, которые можно рассматривать как физическую концепцию существенно новых теплопередающих устройств с раздельными каналами для пара и жидкости, названных в последствии контурными тепловыми трубами (КТТ). Схема такого устройства представлена на рисунке. Моделирование газодинамических потоков вблизи микро- и наношероховатых поверхностей Взаимодействие атомов газа с кристаллической решеткой, покрытой адсорбированными атомами Топограмма поверхности кремния Смоделированна я поверхность кремния В последние годы на кафедре получили развитие методы компьютерного моделирования рассеяния частиц шероховатыми поверхностями с микро- и нанонеровностями, связанные с обработкой получаемых на основе атомно-силовой микроскопии (Atomic Force Microscopy - AFM) трехмерных топограмм поверхности высокого разрешения вплоть до сотен и даже десятков нанометров. Полученная таким образом оцифрованная поверхность представляет собой массив элементарных площадок с известными координатами вершин исследуемого образца монокристаллического кремния размером (20x20) микрон, которые распределены по гауссовскому закону. Применение метода прямых статистических испытаний (Монте-Карло) позволяет по известному распределению падающих на поверхность частиц восстановить функцию распределения рассеянных частиц при заданном законе взаимодействия с атомами кристаллической решётки, покрытой адсорбированными атомами с различной плотностью. При необходимости, шероховатости можно придать более гладкий вид, используя бикубическую сплайн-интерполяцию, а также можно задать требуемую плотность пиков неровностей на поверхности Закономерности эволюции диссипативных структур На основе анализа большого числа разрозненных теоретических и экспериментальных работ, высказана идея о существовании вариационного принципа – принципа максимума производства энтропии (MEPP). Принцип обосновывается как с помощью термодинамических/статистических доводов, так и с помощью имеющихся экспериментальных данных для различных неравновесных систем (физических, химических и биологических). Впервые, используя MEPP, предложен метод расчета морфологических фазовых диаграмм с областями устойчивого, метастабильного и неустойчивого развития в случае неравновесного роста кристаллов и вытеснении жидкости в ячейке Хеле- Шоу. На рисунках - структуры, наблюдаемые в ячейке Хеле-Шоу, при вытеснении одной жидкости другой. Также с помощью принципа максимума производства энтропии количественно рассматриваются два неравновесных фазовых перехода (морфологический и гидродинамический). Морфологический переход изучается на примере неравновесной кристаллизации льда, а гидродинамический - на классической задаче о переходе от ламинарного течения к турбулентному в круглой трубе. Дендритный рост является очень распространенным примеров самоорганизации. Он встречаются как в неорганическом мире (например, снежинки), так и в живой природе (например, деревья). Схожесть внешнего вида у таких различных структур может говорить о том, что их развитие подчиняется некоторым общим законам. Существует еще одно поразительное сходство при временной эволюции различных неравновесной систем - подобие в кинетических кривых роста (так называемые S– образные кривые). Основываясь на результатах проведенных экспериментов по росту одиночного дендрита, а также данных других авторов, показано, что такой вид кривых можно понять исходя из принципа максимума производства энтропии. Предложенный подход позволяет взглянуть по-новому и на другие распространенные законы релаксации в неравновесной среде. На рисунке - пример морфологической фазовой диаграммы льда Биокибернетика и биофизика Впервые процессы транспорта ионов в клетке рассмотрены с точки зрения кибернетики. Применены методы исследования операций и теории игр для моделирования адаптации транспортной системы клетки к изменению условий внешней среды. Такой подход является перспективным как с точки зрения физиологии клетки, так и с точки зрения системной и синтетической биологии. Ранние стадии эволюции жизни рассмотрены с точки зрения теории управления. Предложена модель транспорта веществ в протоклетке, обладающая свойством робастности по отношению к изменению концентрации вещества в окружающей среде. Такое рассмотрение привело к новому, более общему определению жизни, существенным моментом которого является наличие как минимум одной системы управления. Кафедра технической физики

2 Технологическое образование обладает рядом преимуществ: в первую очередь это не зависящая от кризисов востребованность специалистов на предприятиях – ключевым моментом развития современных стран является обеспеченность энергетическими ресурсами. Подготовка специалистов для атомной энергетики является основным направлением нашей кафедры со дня основания. И за все годы существования мы подготовили и отработали оптимальную программу обучения будущих инженеров-физиков. Кроме технических специальностей мы готовим специалистов по внедрению новых информационных технологий в производство. Это одно из главных направлений модернизации промышленных предприятий. Ядерные реакторы и энергетические установки Уровень потребления энергии определяет благосостояние каждого из нас. Общепризнано, что реальные перспективы развития нашей страны связаны с атомной энергетикой. Сейчас в России работают 10 атомных электростанций, строятся два блока на Волгодонской и Белоярской АЭС. Каждый год будут закладываться по два новых энергоблока со сроком строительства 5 лет. В Ленинградской, Воронежской и Челябинской областях предусмотрены площадки для новых атомных станций с энергоблоками нового типа АЭС-2006, где учтено все лучшее, созданное в атомной энергетике в России и за рубежом. Всего до 2015 года будет построено 10 энергоблоков. Для работы на АЭС крайне нужны квалифицированные кадры, в том числе по ядерной безопасности и надежности, подготовка которых ведется по специальности Ядерные реакторы и энергетические установки. Физика кинетических явлений Самая эффективная и экологически безопасная технология производства обогащенного урана для АЭС основана на использовании высокоскоростных газовых ультрацентрифуг. Их разработка, эксплуатация и совершенствование производятся специалистами разделительного производства, подготовленными по специальности Физика кинетических явлений. Выпускники кафедры составляют основу руководства и научно- технического потенциала таких мировых лидеров производства ядерного топлива как Уральский электрохимический комбинат (г. Новоуральск Свердловской области), ПО "Электрохимический завод" (г. Зеленогорск Красноярского края), Ангарский электролизный химический комбинат (г. Ангарск Иркутской области). Бакалавриат: Информационные системы (в технике) Специальность Информационные системы предусматривает не только овладение информационными технологиями, но и углубленную подготовку по физике и вопросам применения информационных систем в современной технике. Почему это важно? Дело в том, что соединение в рамках информационной системы источников информации, интернет–ресурсов, компьютера и специального программного обеспечения способно породить новое качество. Такие специалисты способны решать задачи по разработке информационных систем управления технологическими процессами и предприятием в целом, созданию систем искусственного интеллекта и принятия решений. По окончании бакалавриата выпускники имеют право продолжить обучение в магистратуре. В настоящий момент на кафедре открыта магистратура по направлению Корпоративные информационные системы, планируется открыть по направлению Безопасность информационных систем. Магистратура: Информационные системы Корпоративные информационные системы С этого года кафедра ведёт набор в магистратуру по направлению Корпоративные информационные системы. В последние годы предприятия, в том числе атомной промышленности, железнодорожного транспорта и другие, осознали необходимость создания открытых интегрированных автоматизированных систем реального времени по автоматизации бизнес-процессов компаний всех уровней, в том числе, и процессов принятия управленческих решений. Студенты этой специальности получают углубленные знания в областях физического и математического моделирования, в технологиях управления параллельными вычислениями, учатся обеспечивать информационную безопасность и защиту информации, получают навыки администрирования информационных систем. Специальности и направления подготовки кафедры технической физики