Представлены предложения по применению технологий машинного обучения при создании современных программно-технических средств радиационного контроля на всех этапах жизненного цикла продукции и дается оценка ожидаемых технических результатов от этого применения. Приведены схемы экспериментальных исследований, направленных на подтверждение применимости самообучающихся нейронных сетей в составе устройств детектирования ионизирующих излучений и автоматизированных систем на их основе.

В статье представлена физико-математическая модель магнитоплазменного компрессора (МПК). Рассмотрены электротехнические характеристики и энергомощностные режимы МПК-разрядов в газах. Приведены радиационно-плазмодинамические структуры и спектрально-яркостные характеристики МПК-разрядов. Для разных режимов нагрева (омический, переходный и плазмодинамический) рассчитаны различные квазистационарные пространственные распределения параметров плазмы. Получены результаты компьютерного моделирования плазмодинамического разряда в магнитоплазменном компрессоре.

В ККТЭФ НИЦ КИ (Курчатовский Комплекс Теоретической и Экспериментальной Физики Национальный Исследовательский Центр “Курчатовский Институт”) ведется разработка линейного ускорителя для компактного нейтронного источника DARIA (DARIA-neutron source Dedicated to Applied Research and Industrial) [1]. Линейный ускоритель, состоящий из двух типов ускоряющих резонаторов: RFQ и IH-DTL, должен обеспечить ускорения протонного пучка с током до 100 мА до энергии 13 МэВ. При работе ускоритель подвергается тепловым нагрузкам, которые могут вывести его из рабочего режима, путем влияния термодеформаций его конструкции на рабочую частоту. С целью обеспечения стабильности электродинамических параметров ускоряющих структур, необходимо предусмотреть систему охлаждения, обеспечивающую термостабилизацию его конструкции. В работе представлены результаты расчета системы охлаждающих каналов в элементах конструкции резонаторов при работе ускорителя в импульсном режиме с коэффициентами заполнения (duty factor) 1–5%.

В ИФВЭ создан прототип аппаратуры для измерения радиального положения выбранного сгустка в апертуре септум-магнита СМ24 при быстром выводе пучка из синхротрона У-70. Двойное измерение, непосредственно перед выводом и в момент вывода, позволяет определить величину заброса сгустка в апертуру септума со случайной погрешностью не хуже 0.5 мм. Рассмотрена аппаратура и приведены результаты тестового испытания в реальных условиях.

В статье на примере нескольких типов оборудования радиационного контроля рассматриваются инновационные инженерные решения как иллюстрация комплексного инженерно-экономического подхода при создании новых изделий. Как один из наиболее характерных параметров для данного вида продукции, рассматривается вопрос конструирования новой аппаратуры с учетом опыта эксплуатации приборов-прототипов. Показаны эффекты, достигаемые при применении новых материалов и технологических решений.

Рассмотрена возможная магнитооптическая структура Нуклотрона, создающая условия проведения эксперимента по измерению электрического дипольного момента дейтрона. Представлены основные проблемы, требующие решения при реконструкции Нуклотрона под заявленную задачу, и способы их решения.

Отличительной особенностью режима “квази-замороженного” спина в синхротроне является установка специальных элементов со скрещенными магнитным и электрическим полями на прямых участках, которые компенсируют поворот спина от МДМ-компоненты на поворотных арках. Более того, из-за наличия продольного размера и разброса по импульсу внутри пучка, вращение спина может происходить некогерентно. С целью подавления этого эффекта устанавливаются секступоли, которые также влияют и на подавление хроматичности.

В статье представлены расчеты потенциала электрического поля интенсивного аксиально-симметричного пучка электронов с параметрами, типичными для систем электронного охлаждения в протонных (ионных) синхротронах. Рассмотрен общий случай электронов релятивистской энергии.

Разработана система экстракции и формирования пучка лазерного источника ионов. Проведена оптимизация параметров системы электродов. Проведено моделирование динамики пучка в источнике для легких ионов с различными зарядностями.

Взаимодействие света с веществом приводит к возбуждению молекул, которые в свою очередь могут обмениваться энергией с локализованным электромагнитном полем, что может быть использовано для инженерии электронных и колебательных уровней энергии молекул. В настоящей работе рассмотрены условия возникновения режима сильной связи “свет-вещество” для молекул органических красителей в перестраиваемом микрорезонаторе Фабри–Перо, образованным выпуклым зеркалом и плоской отражающей поверхностью. Исследуемый образец был изготовлен из гексагонального нитрида бора (hBN), полимера поливинилпирролидона 55K (PVP) и флуорофора родамина 6G (R6G). Сильная связь “свет-вещество” была достигнута для образца с низкой концентрацией PVP. Варьирование толщины пленки hBN-R6G-PVP позволило регулировать длину оптического пути в микрорезонаторе, что обеспечило возможность получения высокой плотности мод в резонаторе (порядка десятков (λ/n)³) и, следовательно, исследовать слабые и сильные моды связи свет-вещество. Полученные результаты открывают возможности изучения фундаментальных механизмов резонансного взаимодействия света с веществом при комнатной температуре, а также разработки будущих практических применений эффекта сильной связи.

В работе представлены результаты моделирования тепловыделения в биологической среде при воздействии электромагнитного излучения радиочастотного диапазона для двух типов твердотельных наночастиц. Показано преимущество золотых наночастиц перед наночастицами из кристаллического кремния во вкладе в общий нагрев среды водного раствора NaCl.

Повышение эффективности фотокатализа является исключительно важной фундаментальной задачей, имеющей свои применения в химии, биологии, фармакологии и медицине. Одним из способов повышения эффективности фотокатализа может стать использование эффекта сильной связи во взаимодействии свет−вещество – специфического физического явления, ставшего в последние годы передним фронтом исследований в областях фундаментальных и прикладных аспектов физики и химии. Среди наиболее интригующих свойств эффекта сильной связи является возможность контролировать селективность и выход химических реакций и многократно увеличивать эффективность катализа, что достигается путем появления, при расщеплении оригинального электронного уровня катализатора и/или субстрата, более высокоэнергетического электронного уровня – верхнего поляритона. В настоящей работе разработана конструкция проточного микрофлюдного фотокаталитического реактора, содержащего микрорезонатор, обеспечивающий сильную связь свет-вещество и оперирующий в микрофлюидном режиме c производительностью в диапазоне 0.01–0.1 моль/час. В основе конструкции лежит интегрирование фотокатализатора (функционализированной пористой матрицы из нитрида бора) в полость между зеркалами оптического микрорезонатора, находящегося в микрофлюидной ячейке. Предполагается, что разработанная технология позволит значительно увеличить скорости фотокаталитических реакций, при облучении рабочего объема реактора светом видимого диапазона.

В работе исследованы особенности модификации халькогенидных пленок PbSe в результате лазерной обработки с использованием различных режимов облучения наносекундными импульсами в условиях бескислородной среды. Были исследованы изменения оптических свойств пленок после лазерного облучения и модификации их структуры в атмосфере азота. Показано, что наличие азотной среды существенно не влияет на оптические характеристики пленок, получаемых в результате лазерной модификации с длиной волны падающего излучения 1064 нм. Данные результаты свидетельствуют об отсутствие необходимости использования бескислородной среды в процессе модификации чувствительных детекторов. Полученные экспериментальные данные являются основой для расширения полученных знаний по лазерной модификации структуры полупроводниковых халькогенидных пленок, а также выявления взаимосвязей между оптическими характеристиками материала до и после лазерного воздействия. Результаты исследования могут быть использованы для решения прикладных задач, связанных с изготовлением фотодетекторов в устройствах газового и биоанализа, фотовольтаики и оптоэлектроники.

Исследованы антиоксидантные цитопротекторные свойства мексидола при воздействии аргоновой и гелиевой газоразрядной холодной плазмы атмосферного давления на культуру клеток Paramecium caudatum. Установлено, что мексидол практически полностью устраняет негативные эффекты окислительного стресса после плазменного воздействия, сохраняя 100% численности клеток. Полученные данные о различных поведенческих реакциях клеток подтверждают практическую ценность использованных одноклеточных организмов в качестве модельных объектов для фармакологических и токсикологических исследований, а применение газоразрядной холодной плазмы позволяет исключить прямое окислительное действие пероксида водорода (стандартная модель окислительного стресса) на исследуемые препараты и повысить достоверность токсикологических исследований.

Углеродные наноточки (УНТ), получаемые жидкостными методами синтеза, представляют собой пример биосовместимого нетоксичного наноматериала с перспективными для различных применений физическими свойствами. В нашей работе УНТ были получены из органических прекурсоров экспрессным методом синтеза в микроволновом реакторе с последующей очисткой в изопропиловом спирте и исследованы методами просвечивающей электронной микроскопии, инфракрасной спектроскопии, оптической спектроскопии поглощения в ультрафиолетовом-видимом-ближнем инфракрасном диапазонах, а также методом фотолюминесценции. Оценка цитотоксичности выполнялась на моделях глиобластомы и эмбриональной почки in vitro. Полученные результаты свидетельствуют о перспективах использованного метода синтеза УНТ при получении наноматериалов для биомедицинской люминесцентной диагностики.

Простат-специфический мембранный антиген (ПСМА), гиперэкспрессированный при распространенном раке предстательной железы, является хорошо зарекомендовавшей себя мишенью для разработки противоопухолевых диагностических и терапевтических радиофармацевтических лекарственных препаратов (РФЛП). Цель данной работы – изучение фармакокинетики нового РФЛП ^99mTc-ПСМА в рамках доклинических исследований. Было установлено, что концентрация ^99mTc-ПСМА в опухоли составила 1.81–3.91%/г, причем максимальная концентрация (3.91 ± 0.35%/г) была отмечена через 3 ч после введения препарата. Из внутренних органов наиболее высокая концентрация ^99mTc-ПСМА в течение всего исследования была зарегистрирована в почках (до 140.11%/г). Накопление ^99mTc-ПСМА в опухоли было выше, чем в остальных органах и тканях, за исключением почек.

В работе представлен анализ современных направлений биомедицинского применения наночастиц висмута. Рассмотрены работы, демонстрирующие применение наночастиц висмута как контрастного агента для визуализации, агента для фототерапии, как основы антибактериальных препаратов. Делается акцент на тераностических применениях этого нового материала, которые крайне важны для задач ранней диагностики и малоинвазивного локализованного лечения онкологических заболеваний. Висмут рассматривается как радионуклид для ядерной медицины. Поднимаются такие важные вопросы, как биосовместимость, токсичность, выведение из организма.

Металлотионеины – особая группа низкомолекулярных белков, обладающих металлсвязывающей способностью, что делает их перспективными хелаторами для создания таргетных радиофармацевтических лекарственных препаратов, в том числе с технецием-99m. Целью данной работы стало изучение биораспределения конъюгата ^99mTc-металлотионеина (^99mTc-МТ) в организме интактных мышей в сравнении с несвязанным технецием-99m (Na^99mTcO₄). Низкое накопление ^99mTc-МТ в щитовидной железе (1.20 ± 0.30%/г против 267.2 ± 59.0%/г для Na^99mTcO₄) свидетельствует о высокой стабильности ^99mTc-МТ in vivo. Комплекс ^99mTc-МТ быстро выводился из кровотока через почки и характеризовался пониженным накоплением в большинстве органов и тканей по сравнению с Na^99mTcO₄.

Комплекс протонной терапии “Прометеус” является масштабируемой серийной медицинской установкой для протонной терапии. Однако помимо клинического применения, данная установка позволяет решать широкий круг научных задач в различных областях, таких как радиобиология, медицинская физика и материаловедение. В работе кратко рассмотрены основные направления научных исследований, которые проводятся на комплексе, и их ключевые результаты. Имеющийся опыт работы с данным комплексом показывает, что он является оптимальным решением для создания центров коллективного пользования, которые могут позволить решать широкий круг клинических, фундаментальных и прикладных междисциплинарных научных задач.

Работа посвящена дозиметрическим исследованиям протонного пучка сверхнизкой интенсивности для реализации протонной радиографии на комплексе протонной терапии “Прометеус”. В отличие от терапии радиография с использованием протонных пучков требует малых потоков частиц, менее, чем 1 ⋅ 10⁶ протонов/(с ⋅ см²). Управляемый равномерный вывод пучков такой интенсивности на терапевтических ускорителях представляет значительную сложность и требует разработки новых подходов. Настоящее исследование продолжает серию работ на российском медицинском протонном синхротроне по реализации вывода пучков сверхнизкой интенсивности. В работе приводятся данные по ключевому параметру выводимого пучка – поглощенной дозе, при исполнения радиографических планов сканирующим пучком. Также приводится количественный анализ на основе компьютерного моделирования пространственных характеристик протонных изображений получаемых с помощью экспериментально полученных параметров выводимого пучка.

В данной работе проанализирован современный научный подход по использованию квантовых точек (КТ) для различных нужд биомедицины, таких как обеспечение высококачественной биовизуализации опухолей in vitro и in vivo; визуализация транспортировки лекарств; адресная доставка лекарств; фототермическая и фотодинамическая терапия; сортировка клеток, активируемая флуоресценцией; использование в биосенсорах. Сделан акцент на технологиях терапии и лечения SARS-CoV-2 с помощью КТ: проведен анализ разработок чувствительных и экономичных методов количественного определения противовирусных препаратов в реальных образцах плазмы и фармацевтических таблетках с использованием КТ, рассмотрены свойства полученных из AS квантовых углеродных точек (AS-CD), которые могут потенциально снижать экспрессию провоспалительных цитокинов и возвращать к норме иммунологические аберрации в случае COVID-19, описано использование КТ для распознавания РНК SARS-CoV-2.

В работе представлен клинический опыт ввода в эксплуатацию и метод валидации коммерческой системы контроля качества планов лучевой терапии, основанной на транзитной дозиметрии.

В работе представлены результаты экспериментов по изучению лазерно-стимулированного нагрева в ближней инфракрасной области спектра водных суспензий наночастиц (НЧ) на основе кремния (Si и Si–Fe НЧ) и нитрида титана (TiN НЧ) непрерывным лазером с длиной волны 808 нм и мощностью 0.36 мВт. Получены температурные профили, определена скорость нагрева и фототермическая конверсионная эффективность для каждого образца при концентрации 1 мг/мл. Значения конверсионных эффективностей для исследуемых водных суспензий TiN, Si–Fe и Si НЧ составили 90, 36 и 10% соответственно. Полученные результаты показывают, что TiN и Si–Fe НЧ могут быть применены в качестве фотоагентов для контроля локальной фотогипертермии в биомедицине.

Неорганические перовскитные нанокристаллы (ПНК) состава CsPbBr₃ в настоящее время находят широкое применение в различных областях фотоники. Однако, помимо таких уникальных оптических свойств, как высокая эффективность флуоресценции, интенсивное поглощение света, настраиваемая ширина запрещенной зоны, соответствующая эмиссии видимого света, для ПНК характерен высоко динамичный характер связывания поверхностных органических лигандов, что приводит к снижению квантового выхода (КВ) флуоресценции, коллоидной стабильности и структурной целостности нанокристаллов при их очистке, хранении, или использовании в различных устройствах. В настоящей работе показано, что указанная проблема может быть решена путем постсинтетической обработки поверхности нанокристаллов CsPbBr₃ при проведении реакции частичной замены десорбированных исходных лигандов, олеиновой кислоты и олеиламина, на более короткоцепочечные алкиламмониевые лиганды диметилдидодециламмоний бромида (ДДАБ) и формамидиний бромида. Проведенные эксперименты показали, что обработка поверхности ПНК состава CsPbBr₃ раствором ДДАБ и бромида свинца позволяет повысить величину КВ исходных ПНК с 67 до 95%.

В настоящее время активно растет спрос на материалы для обнаружения ионизирующего излучения, что привело к расширению исследований и разработки новых сцинтилляторов. Как правило классические сцинтилляторы синтезируют путем кристаллизации материалов при высокой температуре, и их фотолюминесценцию трудно настроить в видимом спектральном диапазон. В связи с этим, в последнее время особый интерес вызывают композитные материалы на основе перовскитных нанокрсталлов (ПНК) состава CsPbBr ₃ , обладающие высоким средним атомным числом и большой длиной диффузии носителей заряда, которые в перспективе могут быть использованы для обнаружения ионизирующего излучения. В отличие от объемных сцинтилляторов, ПНК синтезируют в растворе при относительно низкой температуре с возможностью настройки фотолюминесценции во всей видимой области спектра. Основной проблемой, ограничивающей широкое применение ПНК, является их низкая стабильность при контакте с окружающей средой. В настоящей работе представлены результаты экспериментов по инкапсуляции ПНК в полимерную полистирольную матрицу, оценки динамики квантового выхода люминесценции во времени, а также разработана методика исследования амплитудных характеристик сигналов, регистрируемых при взаимодействии α ‑ частиц с композитными материалами на основе ПНК состава CsPbBr ₃ и полистирола. В результате исследования было выявлено, что композитные образцы на основе ПНК и полистирола обладают стабильным значением квантового выхода люминесценции в течение двух недель. Используя источник ²⁴¹ Am с характерной энергией α-частиц порядка 4.6 МэВ и γ-квантов 60 кэВ, вычислены значения световыхода для исследуемых в работе образцов, максимальные из которых составляют 20% от стандартного “быстрого” пластикового сцинтиллятора (POPOP) при объемной доле ПНК в композите меньше 1%, что свидетельствует о перспективности ПНК как основы композитных сцинтилляторов и для его дальнейшего применения в рентгенодиагностических исследованиях.

Флуоресцентные полупроводниковые квантовые точки (КТ) из фосфида индия (InP) являются перспективной малотоксичной альтернативой квантовым точкам на основе халькогенидов кадмия. Предполагается, что при достижении сравнимых оптических характеристик КТ состава InP смогут успешно вытеснить Cd-содержащие нанокристаллы из традиционных областей их применений в оптоэлектронике и биомедицине. К сожалению, в настоящее время оптические параметры квантовых точек InP уступают параметрам их Cd-содержащих аналогов, а методики их получения требуют дополнительной оптимизации. В настоящей работе представлены результаты экспериментов по оптимизации процедур синтеза КТ состава InP c использованием трис-диэтиламинофосфина в качестве прекурсора фосфора. Показано, что оптимизация режимов нагрева реакционных смесей при синтезе, как и использование обезвоженных реагентов, позволяет получать высокогомогенные КТ состава InP с улучшенными оптическими характеристиками.