Высокие технологии. экономика, промышленность - 2012, том 1

ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ТЕХНОЛОГИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКИ АТМОСФЕРЫ СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК РОССИЙСКИЙ ФОНД ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ им. И.П. ПАВЛОВА РАН АКАДЕМИЯ СТРАТЕГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ИНФОРМАЦИИ И ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ОБЩЕНАЦИОНАЛЬНЫЙ КОНГРЕСС МОЛОДЕЖИ

ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ, ЭКОНОМИКА, ПРОМЫШЛЕННОСТЬ Том 1

СБОРНИК СТАТЕЙ ТРИНАДЦАТОЙ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ "ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ЭКОНОМИКЕ" 24-26 мая 2012 года, Санкт-Петербург, Россия

Под редакцией А.П. Кудинова

Санкт-Петербург Издательство Политехнического университета

2012

ББК 20:30:60 В 93 Рецензенты: Доктор технических наук, профессор, лауреат премии Совета Министров СССР Седых Николай Артемович Доктор биологических наук, профессор Крылов Борис Владимирович Высокие технологии, экономика, промышленность. Т. 1 : Сборник статей Тринадцатой международной научно-практической конференции “Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности и экономике“. 24-26 мая 2012 года, Санкт-Петербург, Россия / под ред. А.П. Кудинова. – СПб.: Изд-во Политехн. унта, 2012. – 346 с. В первом томе сборника статей «Высокие технологии, экономика, промышленность» составленного из материалов Тринадцатой международной научно-практической конференции “Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности и экономике“, рассмотрены научно-технологические, финансово-экономические, юридические, политологические, социальные и международные аспекты вопросов развития и применения фундаментальных и прикладных исследований и высоких технологий в экономике, промышленности, образовании, государственном строительстве. Приводятся результаты исследований по широкому спектру научноисследовательских и технологических работ, обсуждаются роль и механизмы управления и ответственности государственных органов власти и должностных лиц за темпы развития экономики, за состояние, развитие и применение высоких технологий, фундаментальных и прикладных исследований, образования, в экономике и промышленности. Расширенный и комплексный научный анализ этих проблем позволяют оценить состояние работ в области фундаментальных и прикладных исследований, в образовании, в высоких технологиях и в высокотехнологической промышленности. Это подтверждается многолетней международной практикой ведущих академий наук, лучших научных и учебных заведений, известных высокотехнологических корпораций мира (http://htfr.org, http://htfi.org, spbtpd@mail.ru). Сборник статей предназначен для высших должностных лиц, ученых, преподавателей, докторантов, аспирантов, студентов, промышленников, предпринимателей, для широкого круга читателей, может быть использован в качестве учебного пособия в высших и средних учебных заведениях.

ISBN 978-5-7422-3439-5

© Кудинов А.П., научное редактирование, 2012 © СПбГПУ, 2012

2

ПРЕДИСЛОВИЕ Высокие технологии, развитая высокотехнологическая промышленность, высокий уровень фундаментальных и прикладных исследований, образования, культуры, оптимизация и стандартизация деятельности властных структур и государственных органов, низкая, не более 1% годовых, ставка рефинансирования ЦБ РФ и не более 3-4% ставка банковского кредита - залог устойчивого развития государства, роста благосостояния народа, необходимого уровня государственной безопасности, независимости и процветания государства.

24-26 мая 2012 г. в Санкт-Петербурге Институт прикладных исследований и технологий, Институт оптики атмосферы СО РАН, Российский государственный гидрометеорологический университет, Российский фонд фундаментальных исследований, Институт физиологии им. И.П. Павлова, Академия стратегических исследований, информации и высоких технологий, Общенациональный конгресс молодежи и другие институты, университеты и организации проводят Тринадцатую Международную научно-практическую конференции "Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности и экономике" (научнотехнологические, экономические, финансовые и юридические аспекты, правовая защита и коммерциализация интеллектуальной собственности). Актуальность тематики такой Конференции в последние годы подчеркивается многими высшими должностными лицами и руководителями государства, в том числе, Президентами России Путиным В.В. и Медведевым Д.А., руководителями Российской Академии наук, Правительства, Федерального Собрания РФ и других различных ведомств, государственных и общественных организаций. Но, в то же время, практика последних 20 лет показала, что реальное состояние дел во многих высокотехнологических отраслях промышленности, определяющих государственную безопасность и независимость России, таких как: разработка и производство микросхем, чипов и других комплектующих изделий для выпуска современных компьютеров, средств мобильной связи, промышленной, научной и бытовой электроники, робототехники, машиностроения, электроэнергетики, разработка и производство современных автомобилей, самолетов, железнодорожной техники, кораблей существенно ухудшается с каждым годом. До сих пор остаются на катастрофически низком уровне финансирование фундаментальных и отраслевых наук, технологических исследований, внедренческих работ, что в значительной степени определяется чрезвычайно высокой ставкой рефинансирования Центрального банка России (ЦБР). На данный момент времени она равна 8,0% годовых и является самой большой в двадцатке сильнейших государств мира. Оргкомитет Конференции неоднократно обращался в высшее руководство РФ о приведении ставки рефинансирования к мировым стандартам 0.1-3% годовых (для справки: США 3

0,0-0,25%, Япония 0,0-0,1%, Великобритания 0,5%, Швейцария 0, 0-0,75%, Еврозона 1,25% и т.д.), но, этот вопрос до сих пор остается нерешенным, по существу, являясь “тайной за семью замками”. Для рассмотрения и обсуждения на заседаниях Международной Конференции были предложены следующие три блока вопросов: 1. Высокие технологии (ВТ), фундаментальные и прикладные исследования (ФПИ), высшее и среднее специальное образование, высокотехнологическая промышленность (ВТП) - как общегосударственная, экономическая, финансовая и геополитическая проблема, как проблема государственной безопасности и независимости государства; 2. Обсуждение достижений в области фундаментальных и прикладных исследований, образования, высоких технологий и высокотехнологической промышленности в России и в ведущих странах мира. Анализ проблем взаимодействия государственной власти с государством, стандартизация работы органов власти, решение проблем устойчивого развития государства, коллегиальной и индивидуальной ответственности, как органов государственной власти, так и государственных служащих этих органов; 3. Состояние и динамика развития различных отраслей наук, образования и промышленности России, в первую очередь, являющихся потенциальными потребителями достижений наук и высоких технологий в 21 веке. Зависимость темпов их развития от ставок рефинансирования Центрального Банка и ставок кредитования банков России, от размеров налогов и других макроэкономических параметров. Расширенный подход к тематике Конференции и комплексный научный анализ, позволяют оценить состояние работ, разработать и реализовать оптимальные схемы и пути развития образования, ФПИ, ВТ и высокотехнологической промышленности. Целесообразность такого подхода подтверждается многолетней практикой работы лучших российских и зарубежных Академий наук, Университетов, Институтов и крупнейших корпораций мира. Вниманию читателей предлагается Первый том Сборника статей «Высокие технологии, экономика, промышленность», составленный из материалов Тринадцатой международной научно-практической конференции "Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности и экономике" (научнотехнологические, экономические, финансовые и юридические аспекты, правовая защита и коммерциализация интеллектуальной собственности), который является тридцать шестым томом Сборников трудов этой Конференции. Научный редактор: Кудинов А.П.

4

ГЛАВА 1. ИНФОРМАЦИОННЫЕ И КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, БАЗЫ ДАННЫХ, РОБОТОТЕХНИКА, РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, НАУЧНОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ, ПРОГРАММИРОВАНИЕ INFORMATION AND COMPUTER TECHNOLOGY, COMPUTER SIMULATIONS, DATABASES, ROBOTICS, RADIOELECTRONICS, SCIENTIFIC INSTRUMENTATION, TELECOMMUNICATIONS SYSTEMS, PROGRAMMING

Karpukhin V.T., Malikov M.M., Borodina T.I., Val’yano G.E. Gololobova O.A. PREPARATION OF LAYERED ORGANIC-INORGANIC NANOCOMPOSITES OF COPPER BY LASER ABLATION IN WATER SOLUTION OF SURFACTANT SDS Joint Institute for High Temperatures RAS, Moscow, Russia.

The data experimental synthesis and studies of layered organic-inorganic nanocomposites [Cu2(OH)3+DS], resulting from ablation of copper in aqueous solutions of surfactant – dodecyl sodium sulfate (SDS) are presented. By the methods of absorption spectroscopy of colloidal solutions, X-ray diffraction, scanning electron (SEM) and atomic force microscopy (AFM) of solid phase colloids was traced the formation dynamics of this composite, depending on the exposure duration of copper vapor laser radiation on the target of copper as well as the aging time of the colloid.

Bilayered structures of composite [Cu2(OH)3+DS] fabricated by method of laser ablation copper metal target in liquid are demonstrated for the first time.

1. Introduction Layered organic-inorganic hybrid nanocomposites are of significant interest to researchers in terms of their applications in science and technology. These include a broad class of chemical compounds such as (1) – a layered double hydroxides (LDH), (2) – hydroxy double salts (HDS’s) and (3) – hydroxides of metals, in which various organic anions were intercalated in the space between the layers. The structural variability of these materials leads to the appearance of new chemical and physical properties – variable magnetism [1, 2], efficient catalysis and high ion-exchange capacity [3]. The use of such nanocomposites promises to improve the mechanical and thermal stability of polymers in which composites have been dispersed [4], and also opens up the possibility for a creation of new optoelectronic devices (stochastic lasers, LEDs [5, 6], sensors [7], etc).

Synthesis and analysis of chemical properties of layered nanocomposites devoted hundreds of publications [3]. In the last decade for the synthesis of metal, 5

oxide, hydroxide nanostructures used method of laser ablation of metals in a liquid medium [8]. However, the researches aimed at producing layered organic-inorganic composites by this method are not enough.

In this paper the authors present the results of studying the synthesis layered nanocomposites of transition metal copper. The synthesis was carried out by laser ablation of metal target in aqueous solutions of surfactant. The synthesized materials are the second group composites. Its structural formula is as follows: (M)2(OH)3X * z * H2O, where M – divalent metals (Cu) and X – intercalated anion – alkyl sulfate (CnH2n+1SO4-), where n = 12.

In this paper as a source of radiation was chosen copper vapor laser (CVL) with an output power Pout – 10–15 W, pulse duration τp = 20 ns and pulse repetition frequency ƒp = 10 kHz. Time of irradiation of metal target and colloid in this case is up to 1000 times higher than the same time in the most of the experiments carried out with Nd:YAG lasers (Pout = 1 W, τp = 5–10 ns, ƒp = 10 Hz). The specificity of using CVL determines the nature of the synthesis of nanostructures and quality of finite products.

2. Description of the Experiment The technique for the laser ablation of materials in liquid media was described in details in a number of original papers and overviews [9, 10]. In this experiment, the generation of CVL was performed at two wavelengths – 510 and 578nm; the ratio of radiation power in the lines was, respectively, 2:1. The laser beam was focused on the surface of a target by achromatic lens with a focal length f = 280 mm, which ensured a spot size of less than 100 microns. The target was placed in a cell with deionized water or aqueous solutions of surfactant. The volume of liquid in the cell was ~2cm3. The cell was placed in the vessel with the cooling water which temperature is maintained at 330K. The vessel was mounted on a movable stage, allowing continuously move the focal spot on the target surface. Surfactant used in the experiment – SDS (C12H25SO4Na) is an anionic surfactant.

Optical characteristics of the obtained colloidal solution containing nanostructure of Cu, Cu2O, CuO and other compounds were analyzed by the method of optical absorption, with spectral range from 200 to 700nm, on a spectrophotometer SF-46 with automatic data processing system. The structure and composition of the solid phase colloidal solution prepared by centrifugation at 4000 rpm and dried at a temperature of 320–330K were investigated by X-ray diffractometer DRON-2 (Kα line of copper). The shape and size of nanostructures were studied with an atomic force microscope (AFM) Solver P47-PRO (in semicontact topography mode) and scanning electron microscopy (SEM, Hitachi S405A, 15kV). The samples for AFM analysis were prepared by single or multiple coats of wet precipitate obtained after centrifugation on a glass slide with a follow-drying the precipitate at a temperature of 312–323K under atmospheric conditions. The number of layers of precipitate was adjusted empirically to achieve a sufficient sharpness of X-ray diffraction patterns and AFM images.

6

3. The Experimental Results and Discussion Figure 1 shows the absorption spectra of copper colloids. In this spectra there are the sharp and wide peaks (curves 1, 2, 3), reflecting the presence in colloids of the copper oxides nanostructures – CuO and Cu2O. At numerous studies of synthesis of copper nanoparticles by chemical and other methods, were found similar features of the spectra and were discussed theirs nature. In [11] the increase the absorption of 260nm and 340nm, was associated with interband transitions in nanocrystallites Cu2O. In these zones are located and interband transitions of copper ions [12]. A weak peak around 630–640nm was interpreted as the exciton absorption of Cu2O (band gap ≈ 2eV), the peak at λ≈ 580nm was recorded in [13]. It was assumed that the increase in absorption can occur due to plasmon resonance nanoparticles of copper and copper ion interband transitions [14]. As in the experiments with Zn [10], the spectra of colloids containing different concentrations of SDS (curves 4, 5, 6, 7) considerably distinguish from water colloids. The overall level of absorption increases, especially in the long wavelength (>450nm) spectral region. But the spectrum of colloid with 0.01 M SDS is quite different from others. The degree of decreasing of absorbance at wavelengths of 350nm is much smaller than that of other colloids and it is characterized by the presence of large-scale fractal structure in this colloid. This fact is confirmed by a significant decreasing of absorption at the aging and after the centrifugation of colloid.

Figure 1. The absorption spectra A(λ): 1–3 – Cu + H2O; 1 – τag = 2 min, τe = 40 min; 2 – τag = 3 h, τe = 40 min; 3 – τag = 1.3 h, τe = 3 h ; 4–5 – Cu + 0.01 SDS; 4 – τag = 10 min, τe = 3 h; 5 – τag = 64 h, τe = 3 h; 6–7 – Cu + 0.1 SDS; 6 – τag = 10 min, τe = 3 h; 7 – τag = 19 h, τe = 3 h.

7

XRD patterns, AFM and SEM images shows that solid phase of 0.01M SDS colloids consist of a two-dimensional layered structures with two alkyl sulfate anion layers accommodated between the two cupric hydroxide layers. The formula of this complex is [Cu2(OH)3DS- – Cu2(OH)3CH3(CH2)11OSO3]. XRD patterns (fig. 2) demonstrate the two layered structures with the basal spacing d = 3.887 nm and d = 3.27nm. Dimensions of the interlayer space in this experiment shows that the resulting structures are bilayered. Indeed, as follows from the estimates given in [15], at interlayer size of 3.887nm can with reasonable certainty meet a bilayered structure with layers of DS anions arranged either in a partially interdigitated belayred or tilted to the layers of copper hydroxide at an angle about 71. The same structure with d≈3.92nm was obtained by chemical way in [4]. Size of 3.27 nm may be a structure in which the alkyl chains are oriented at an angle about 48° to the hydroxide layers or a partially interdigitated.

From the analysis of SEM images (fig. 3) and AFM images (fig. 4) can conclude that the observed flat structures (platelets) are the «sandwiches», folded from many bilayers of composite. It should be noted that the above structure of organic-inorganic composite of copper, apparently, by laser ablation in liquids was obtained for the first time.

Figure 2. X-ray patterns of sediment extracted from the colloidal solution Cu + 0.01 M SDS. Phases: A  he basal spacing d = 3.887 nm, B  d = 3.27 nm.

8

Figure 3. SEM image of layered structures of the preparation obtained after laser ablation of copper target in the 0.01M solution of SDS. 4. Conclusion The optical spectra, diffraction patterns and AFM images reflect the dynamics of formation of nanostructures due to the use in the experiment of a powerful copper vapor laser. The increase in the total ablation time and time colloid irradiation at high pulse repetition rate, result in a rise of colloid temperature due to the high average power of irradiation and lead to an intense synthesis of nanoparticles on the basis of copper (oxides, hydroxides, layered organic-inorganic composites), the emergence of clusters and large (up to hundreds of nanometers or more) complexes with different structures and forms – fractal aggregates. Based on the theory of fractals is possible qualitative explanation of the features of optical spectra of the investigated colloids [10, 16]. Specificity of the use of surfactants for the ablation process is demonstrated the formation of micelle, consisting of surfactant molecules and nanoparticles. On the one hand, the surfactant molecules, surrounding the nanoparticles, are limited their growth and aggregation, on the other – there is a possibility of synthesis of various chemical compounds on the basis of the surfactant, water and metal. In these experiments two different shapes of bilayered copper composites [Cu2(OH)3DS] was prepared and these composites, probably, are obtained by laser ablation in water solution of SDS for the first time.

9

(a)

(b)

Figure 4. AFM image of part of the preparation obtained after laser ablation of copper target in the 0.01M solution of SDS, (a)  the image of structure, (b)  the trace of cantilever AFM (the profile of «sandwich» edges).

References 1. W. Fujita and K. Awaga, “Reversible structural transformation and drastic

magnetic change in a copper hydroxides intercalation compound”, Journal of the American Chemical Society, v. 119, no. 19, pp. 4563–4564, 1997.

2. M. Okazaki, K. Toriyama, S. Tomura, T. Kodama, and E. Watanabe, “A monolayer complex of Cu2(OH)3C12H25SO4 directly precipitated from an aqueous SDS solution”, Inorganic Chemistry, vol. 39, no. 13, pp. 2855–2860, 2000.

3. S. P. Newman and W. Jones, “Synthesis, characterization and applications of layered double hydroxides containing organic guests”, New Journal of Chemistry, vol. 22, no. 2, pp. 105–115, 1998.

4. E. Kandare, G. Chigwada, D. Wang, C. A. Wilkie, J. M. Hossenlopp, “Nanostructured layered copper hydroxy dodecyl sulfate: A potential fire retardant 10

for poly(vinyl ester) (PVE)”, Polymer Degradation and Stability, vol. 91, no. 8, pp.

1781–1790, 2006.

5. H. Usui, T. Sasaki, and N. Koshizaki, “Ultraviolet emission from layered nanocomposites of Zn(OH)2 and sodium dodecyl sulfate prepared by laser ablation in liquid”, Applied Physics Letters, v.87, no. 6, pp. 063105–063108, 2005.

6. Karen L. Van der Molen, A. P. Mosk, A. Lagendijk, “Quantitative analysis of several random lasers”, Optics Communications, v. 278, no 1, pp. 110–113, 2007.

7. N. Kumar, A. Dorfman, and J. Hahm, “Ultrasensitive DNA Sequence Detection of Bacillus anthracis using nanoscale ZnO sensor arrays”, Nanotechnology, v. 17, no. 12, pp. 2875–2881, 2006.

8. P. Nalawade, B. Aware, V. J. Kadam, and R. S. Hirlekar, “Layered double hydroxides: A review”, Journal of Scientific and Industrial Reasearch, v. 68, no. 4, pp. 267–272, 2009.

9. G. W. Yang, “Laser ablation in liquids: applications in the synthesis of nanocrystals”, Progress in Material Science, v.52, no. 4, pp. 648–698, 2007.

10. V. T. Karpuhin, M. M. Malikov, G. E. Val’yano, T.I. Borodina, and O. A. Gololobova, “Investigation of the characteristics of a colloidal solution and its solid phase obtained through ablation of zinc in water by high power radiation from a copper vapor laser”, High Temperature, v. 49, no. 5, pp. 681–686, 2011.

11. M. Yin, C-H. Wu, Y. Lou, C. Burda, J. T. Koberstein, Y. Zhu, and S. P. O'Brien, "Copper Oxide Nanocrystals," Journal of the American Chemical Society, v. 127, no. 26, 9506–9511, 2005.

12. A.N. Pestryakov, V.P. Petranovskii, A. Kryazhov, O. Ozhereliev, N. Pfander, A. Knop-Gericke, “Study of copper nanoparticles formation on supports of different nature by UV- Vis diffuse reflectance spectroscopy”, Chemical Physics Letters, v. 385, no. 3–4, pp. 173–176, 2004.

13. Thi My Dung Dang, Thi Thu Tuyet Le, Eric Fribourg-Blanc, and Mau Chien Dang, “The influence of solvents and surfactants on the preparation of copper nanoparticles by a chemical reduction method”, v. 2, no. 2, pp. 025004, 2011.

14. H. X. Zhang, U. Siegert, R. Liu, W.B. Cai, “Facile fabrication of ultrafine copper nanoparticles in organic solvent”, Nanoscale Research Letters, v. 4, no. 7, pp.

705–708, 2009.

15. M. Meyn, K. Beneke, G. Lagaly, “Anion-exchange reactions of hydroxy double salts”, Inorganic Chemistry, v. 32, no. 7, pp. 1209–1215, 1993.

16. S.V. Karpov and V.V. Slabko, “Optical and photophysical properties of fractalstructured metal sols”, Novosibirsk: SB RAS, 265 p, 2003.

Ogorodnikov A.I. SCRATCHING AND TENSION ON THE SURFACE OF BRITTLE MATERIALS Ural Federal University, Ekaterinburg, Russia

11

Introduction Miniaturization of component manufacture and recent capabilities of high precision engineering enable to enhance quality of ultimate devices. Moreover, progress in new optical and semiconductor materials (single crystals, ceramics and glasses) covered by thin surface coatings demands to evaluate new technologies of its carefully treatment. In order to develop the technologies on a base of the advantages it's necessary first to assess the nature of the alterations produced in surface layers of the components due to fabrication. Precision cutting with diamond tool is such an important technology and could be used to separate mono-crystal, brittle wafer or multi-crystalline plate into several parts of desired size and geometry. Diamond scribing is one of the employed methods and involves scratching the surface by hard diamond tool under force loading. Subsequently, mechanical or laser break of the scribed wafer implements the propagation of initial crack, starting from the scratch and leading to the total separation along the scribe line. For single crystal the technique of break after scribing uses cleavage planes to advantage so that less force loading is needed and consequently less damage occurs to the structure.

The inherent complexity of cutting process affected by a large number of influential factors makes it extremely difficult to understand the mechanics of this process through the full scale tests. By now for the needs of machining the detailed theory of cutting is developed for plastically deformable metals. For optical and semiconductor materials there is no complete theory considering all the features of anisotropy, high hardness and brittleness, describing the damage without plastic deformation and defects nucleation near coatings. The rapidly upcoming FE software allows now to carry out computational experiments, create and investigate mesh models. Finite element analysis is used to simulate both the structures and technologies of crystal devices. Investigation and virtual loading of mesh models assist in search for optimal geometry of the cutting tool and the process parameters for any material. But, current FE models of cutting processes and cracks propagation in brittle materials do not meet all the requirements of comprehensive description. 2D formulation, static loading and other constraints of the used models confine the area of simulation effects.

This work is focused on getting the results of computer simulations of scribing process for the brittle materials. In a case of brittle materials we could ignore the plasticity and simulate the crystal behavior under force loading in the context of linear elastic fracture mechanics. For the scratch formation we expect the brittle material removal mode.

Simulation and experimental details The workpiece material to be investigated in this work was silicon. Silicon is widely used in infrared optics and electronic applications. The 3D simulation of cutting for silicon wafer has being done with use of finite element method. APDL (ANSYS Parametric Design Language) programming in FE software package ANSYS has been used to solve this simulation task. The initial geometry is constructed by means of ANSYS preprocessor and consists of silicon plate glued to flexible film and diamond tool. Loading and constraints include Z-fixed support 12

along lower film surface and Z-axis force applied to upper surface of tool. Z-axis coincides with gravity direction and normal force loading on tool. Y-axis coincides with scratch line. Special top layer of the plate is intended for analysis of coating behavior and permits different values of contact cohesion.

Scratches were produced on a surface of silicon wafer by a diamond tip. The loading force was in a range from 0.1 to 1~N. The distribution of stress intensity in the plate was analyzed for two types of tip shape - pyramid and cone with comparable angles about 120~degrees. The geometry of pyramid tip corresponds to Berkovich indenter and is sharpened to the shape of three-sided pyramid with a large included angle. To verify the model the surfaces of the workpieces were analyzed by using optical microscopy.

Results and discussion Normally, the polished silicon wafers are subjected to scribing. Their surfaces are ready to use and satisfy the optical or functional requirements before scribing.

The scribing process should solve two basic tasks: to create minimal defect zone near the scratch and to ensure safe separation of the crystal along the scribe lines. Chips and internal cracks are undesirable defects. The scratch on the surface of silicon wafer was produced by pyramid tool. The width of scratch is about 10 microns under load of 0.1~N. The disruption of material structure during scribing occurs near the scratch and propagates into the wafer or over its surface at short range. Deformative area along the scratch looks as ragged band, but the stress breadth here is rather low.

Surface chips implement destroying stress and generate low stress state of crystal integrally. But here some defects are situated under the surface. Asymmetrical processing could bring good quality of crystal structure.

Scribing of silicon wafer can be represented in the simulation as a special case of cutting. We could simulate the shaping of scratch on the surface under diamond edge by analogy with threading of metal by lathe tool. Just some differences of cutting for silicon should be allowed in the model. For metal cutting we set the depth and width of cut, the cutting speed and feed, but, the cutting forces are derived from the cutting mode, tool geometry and material properties. And, the depth of cut is significantly large compared to the cutting edge radius. The cutting mechanism for metal is the chip formation due to metal shearing. Silicon is a brittle and hard material. For its scribing we should set just the normal force on the tool. Then the depth of cut, the scratch width and the tangential component of cutting force are derived from the predetermined normal force and also from the geometry of tool tip and material properties. Based on the advanced theory of metal cutting, it's possible to state similar theory for the cutting of brittle semiconductors and optical materials.

In cutting of silicon wafer, the diamond tool produces hydrostatic pressure on the workpiece. Scribing induces singular deformation of the wafer at the tool edge.

Compression zone occurs just under the diamond tip. The calculated stress field in the plate, although dominated by the shear and compression components, nevertheless contains an area of tension on the surface, which creates the conditions for cracking.

13

The fall of stress intensity along the normals to the scratch from the tip point are calculated. The stress values and its distribution essence do not depend greatly on the shape of tip. The internal stresses are most affected by the tip radius. Parameter of stress intensity represents the maximum shear stresses and also is calculated. Ductile chip formation is a result of large compressive and shear stresses in the chip formation zone, which shields the growth of pre-existing flows. Large compressive stress could be generated in the chip due to small value of undeformed chip thickness being smaller then radius of the tool cutting edge.

Following the diamond tip movement the defects could arise around scribe line due to complicated mode of deformation which is not a plane one. The crystal quality and dimensions of defects is determined by mechanism of scratching, which depends on shape of diamond tip, the scratching direction, the moving velocity of cutting tool and applied loads. The disunity is a rate-sensitive process and depends on the cutting thickness.

Conclusion In the present work the 3D simulation of brittle materials division was done with use of finite element method. The scratch width is 3-20 microns and the depth is 1-10 microns depending on the properties of the crystal, the normal load on the tool, the tip radius and position of tool relative to the surface. The application of numerical techniques, such as the FE analysis to cutting problems, enhances understanding and promotes further development of existing separation techniques.

Acknowledgements: this work was supported by Ural Federal University according to Excellent Young Researchers Program.

Ахметьянов В.Р., Кудрявцев С.В., Николенко А.А., Терентьева В.В. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ТЕМАТИЧЕКОЙ ОБРАБОТКИ ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНЫХ ДАННЫХ Московский физико-технический институт (государственный университет) Долгопрудный, Московская область, Россия Akhmetianov V.R, Kudryavtsev S.V. Nikolenko A.A., Terentyeva V.V. MAIN DIRECTIONS OF THE THEMATIC HYPERSPECTRAL DATA PROCESSING Moscow phisical-technical institute (state university) Dolgoprudni, Moscow region, Russia В настоящее время наблюдается интенсивный рост мирового рынка продуктов и услуг на основе космической информации (КИ), предоставляемой космическими средствами наблюдения Земли. При этом происходит бурное

14

развитие как космических аппаратов (КА), так и космических технологий дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Существенный прогресс в области компьютерных средств и программноалгоритмического обеспечения позволяет провести эффективное и экономичное решение социально-экономических задач дистанционного зондирования Земли. Важно подчеркнуть, что все это теперь доступно не только большим предприятиям и организациям, занимавшимся подобными работами на протяжении последних 10-30 лет, но и широкому кругу средних и малых фирм, в той или иной степени нуждающихся в исходной информации об окружающей среде и происходящих в ней процессах. Именно этими факторами, то есть, дешевизной и доступностью методов и средств обработки, интерпретации и распространения КИ ДЗЗ и вторичных продуктов объясняется то, что сейчас десятки стран разрабатывают собственные КА ДЗЗ и активно приобретают снимки от передовых спутников США, Франции, Канады, Индии, Европейского космического агентства. При этом, наряду с уже отмеченным абсолютным ростом количества создаваемых КА ДЗЗ с применением известных и устоявшихся методов и средств ДЗЗ, можно выделить ряд новейших подходов, в соответствии с которыми разрабатываются перспективные КА наблюдения Земли. Одним из наиболее интенсивно развивающихся методов ДЗЗ является гиперспектральная съемка поверхности Земли в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах электромагнитного спектра. Отметим, что при непрерывном зондированиии поверхности Земли с помощью гиперспектрометров как с авиационных, так и с космических носителей, генерируются огромные потоки данных. В связи с этим, в области развития средств и технологий приема и обработки гиперспектральных данных происходят такие процессы как: - неуклонное расширение сетей станций приема КИ ДЗЗ в реальном масштабе времени на всей территории земного шара, а также развитие и увеличение пропускной способности новых и существующих линий связи; - быстрый рост емкости территориально-распределенных банков КИ ДЗЗ и результатов ее обработки, обусловленный существенным увеличением объемов и номенклатуры продуктов тематической обработки КИ ДЗЗ. Предварительная или первичная, а также тематическая или вторичная обработка осуществляется с использованием новейших ГИС-технологий и программно-алгоритмических методов обработки гиперспектральных данных как отдельно, так и совместно с данными другой физической природы (оптикоэлектронных, радиолокационных и т.д.), полученных в разное время и от различных спутников. В настоящее время осуществляются широкомасштабные исследования в области оценки эффективности тематической обработки гиперспектральных данных с целью извлечения из материалов съемки содержательной информации о наблюдаемых объектах для ее практического использования конкретными потребителями. В соответствии с Концепцией развития российской космической системы ДЗЗ на период до 2025 года можно выделить следующие 15

основные области применения КИ ДЗЗ, а также кратко сформулировать их особенности и направления тематической обработки гиперспектральных данных: - гидрометеорология, для решения конкретных задач которой необходимо получение в глобальном масштабе космических данных об облачном и снежноледовом покровах, трехмерных полях температуры и влагосодержания атмосферы, трехмерном поле ветра, температуре и других физико-химических параметрах поверхности Земли, зонах и интенсивности осадков, крупномасштабных и опасных процессах в атмосфере и на поверхности Земли; - экологический мониторинг на глобальном, региональном и локальном уровнях за распространением загрязнений в биосфере Земли, развитием эрозионных и др. процессов деградации природной среды; обнаружение факта и адресная локализация крупных промышленных и иных источников загрязнения окружающей среды; контроль трансграничного переноса загрязнений; экологический мониторинг районов добычи полезных ископаемых, транспортировки углеводородного топлива и химических продуктов, а также скоплений промышленных предприятий и мегаполисов; - мониторинг чрезвычайных ситуаций, включая обнаружение факта ЧС, оценку масштабов и характера разрушений; прогнозирование землетрясений и других разрушительных природных явлений; оповещение о цунами, наводнениях, селях, химическом и ином заражении местности, лесных пожарах, крупных разливах нефтепродуктов и т.д.; - создание и обновление широкого спектра общегеографических и тематических картографических материалов (топографические карты, карты в цифровом виде, ГИС разного назначения, карты сейсмичности и геологического риска, карты лесных массивов, сельхозугодий и др. тематического назначения); - информационное обеспечение деятельности по землеустройству, прокладке транспортных магистралей, строительству промышленных объектов и градостроительству, составлению кадастров земельных и иных природных ресурсов; - информационное обеспечение хозяйственной деятельности в ведущих отраслях социальной экономики, связанных с использованием и переработкой возобновляемых и невозобновляемых природных ресурсов, включая сельское, рыбное, лесное, водное хозяйство, геологию и разработку месторождений полезных ископаемых; - океанография и океанология (зондирование водных поверхностей с целью определения их температуры, солености, цветности, прозрачности, биопродуктивности, загрязнений, течений, ледовой обстановки, волнения, приводного ветра, а также изучение шельфа); - фундаментальное изучение закономерностей и тенденций изменения глобальных и крупнейших региональных процессов в атмосфере и других оболочках нашей планеты (гидросфера, криосфера, биосфера, околоземный космос и магнитосфера).

16

В рассматриваемой Концепции отмечено, что мировой и потенциальный российский рынки продуктов космических данных ДЗЗ продолжают расти быстрыми темпами: приблизительно на 10-20% в год. Потенциальная доля перспективного российского рынка может достигнуть 10-15% от общемирового, однако, для этого необходима целенаправленная и упорная работа всей космической отрасли России. Определенный вклад в развитие российских космических технологий вносят НПО “Лептон” в области разработки гиперспектрометров авиационного и космического базирования, и Московский физико-технический институт (технический университет) в области предварительной и тематической обработки гиперспектральных данных.

Ахметьянов В.Р., Мишина О.А., Пенкин М.С. ОЦЕНИВАНИЕ СКОРОСТИ ВЕТРА ЛИДАРНЫМИ МЕТОДАМИ БГТУ “Военмех”, г. Санкт-Петербург, Россия Akhmetianov V.R., Mishina O.A., Penkin M.S. WIND VELOCITY ESTIMATION BY LIDAR METHODS BSTU “Voenmeh”, Saint-Petersburg, Russia Оперативный высокоточный мониторинг текущей ветровой обстановки очень важен с целью обеспечения безопасности полётов в районе крупных аэропортов, для исследования атмосферных вихрей в задаче прогнозирования погодных условий, а также при проведении экологического мониторинга в местах выброса в атмосферу загрязняющих веществ и предупреждении чрезвычайных ситуаций. Традиционным методом оценивания скорости ветра является использование прямых датчиков или акустических анемометров, устанавливаемых на специальных метеорологических мачтах или высотных зданиях. Однако для определения параметров структуры поля ветра в настоящее время все большее распространение получают системы дистанционного зондирования. Они обладают несравнимо большей оперативностью, информативностью и точностью. Все дистанционные методы оценивания скорости ветра подразделяются на четыре класса [1]: радиолокационные, акустические, радиоакустические и лидарные. Основные ограничения аппаратуры первых трёх методов в том, что: 1. Радиолокационные устройства не измеряют ветровые характеристики при отсутствии осадков, либо специальных трассеров в атмосфере.

2. Радиоакустическая аппаратура чрезвычайно чувствительна к искажению формы фронта отраженного зондирующего радиосигнала. Такие искажения возникают в условиях сильной турбулентности в атмосфере.

17

3. Применение акустических систем характеризуется достаточно высоким уровнем естественных акустических шумов, особенно в присутствии осадков, а также обычно ограничивается высотами до 700-900 м. Поэтому использование такой аппаратуры при наличии шумовых помех, например, на аэродромах невозможно. Что касается лидарных методов, то следует отметить следующее. С одной стороны, использование оптического диапазона длин волн и когерентного излучения приводит, учитывая высокую чувствительность к ряду внешних воздействий, к определенным сложностям при эксплуатации лидарных комплексов, составной частью которых являются лазеры. С другой стороны, для волн оптического диапазона приёмно-передающая аппаратура лидара, как правило, является малогабаритной по сравнению с аналогичными радиотехническими средствами. В основе лидарных методов измерения скорости ветра лежит широко известный эффект Доплера. Доплеровский метод измерения скорости ветра построен на том, что при распространении в атмосфере лазерного зондирующего излучения происходит рассеяние волны на частицах аэрозоля, увлекаемых ветровым потоком. В результате по доплеровскому сдвигу частоты регистрируемого сигнала обратного рассеяния определяется информация о радиальной составляющей вектора скорости ветра. В доплеровском методе, по сравнению с известным лидарным корреляционным, требуется более сложная аппаратура, но при этом он характеризуется существенно большей точностью, быстродействием, и имеет явные преимущества при зондировании на большие расстояния и в сложных погодных условиях [2]. Среди известных доплеровских лидаров для измерения ветровых характеристик атмосферы необходимо назвать импульсные лидары на длине волны 10.6 мкм с дальностью действия до 15 км и непрерывные лидары на длине волны 1.56 мкм с дальностью действия от 3 до 300 метров. При использовании импульсного лидара достаточно высокая частота посылок зондирующего импульса лазера делает возможным отслеживание быстроменяющихся вариаций исследуемых параметров атмосферы, а пространственное разрешение, зависящее от длительности импульса, позволяет детально определять ветровую структуру изучаемого метеообъекта. Принцип работы непрерывного лидара с коническим сканированием, который также называется лидарным профилометром, заключается в следующем: посредством приемо-передающего телескопа в пространстве формируется измерительный объем, в котором осуществляется измерение радиальной проекции скорости ветра. Выходной лазерный пучок с заданными пространственными характеристиками фокусируется на определенной дистанции. Сканирующий клин обеспечивает сканирование сфокусированным лучом по азимуту, обеспечивая, таким образом, измерения во всем диапазоне углов от 0º до 360º. В этом случае удается проводить оценку как скорости ветра, так и его направления с помощью использования только одного непрерывного лидара с коническим сканирование. Для измерения полного вектора скорости ветра с использованием импульсного лидара необходимо 18

размещение на местности не менее трех комплектов аппаратуры, расположенных на достаточном удалении друг от друга. При проведении непрерывного мониторинга ветровой обстановки в атмосфере в особо ответственных случаях целесообразно комплексное использование как импульсного ветрового когерентного доплеровского лидара, так и когерентного лидарного профилометра с коническим сканированием. Литература 1. В.М. Захаров, О.К. Костко, С.С. Хмелевцов. Лидары и исследование климата. – Л.: Гидрометеоиздат, 1990. – 320 с.

2. Сигналы и помехи в лазерной локации / В. М. Орлов, И. В. Самохвалов, Г. М. Креков и др.; Под ред. В.Е. Зуева. – М.: Радио и связь, 1985. – 264 с.

Ахмедшин Р.Р., Михалев Д.Н. ИЗМЕРИТЕЛЬ ТОЛЩИНЫ ТОНКИХ МАГНИТНЫХ ПЛЕНОК Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева, Красноярск Ahmedshin R.R., Mihalev D.N. MEASURER OF THICKNESS THIN MAGNETIC SKIN Siberian State Aerospace University named after academician M.F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk Измерению толщины тонких металлических плёнок посвящено большое количество работ, где исследуются различные методы неразрушающего контроля, использующие эффекты отражения, прохождения, поглощения электромагнитных волн. На сегодняшний день самым точным методом измерения толщины тонких пленок является дифракционный метод, но при толщине плёнки 10-100нм для наблюдения дифракционной картины необходимо использовать высокочастотное рентгеновское излучение. Измеритель толщины тонких пленок (далее ИТТП) предназначен для работы с пленками из полупрозрачных в инфракрасном диапазоне волн материалов, нанесенных на прозрачные и полупрозрачные подложки. ИТТП измеряет уровень поглощения исследуемой пленкой инфракрасного излучения от источника с известной мощностью. Толщина пленки определяется в зависимости от уровня поглощения инфракрасного излучения. Источником излучения является мощный инфракрасный лазер. Для фокусировки используется собирающая линза. Механическая система имеет в составе два шаговых двигателя, которые перемещают образец в плоскости стола между лазером и фотоприемником Функциональная схема прибора показана на рисунке 1.

19

ЦАП

USB порт

FT232

УС

ШД

УС

ШД

Ф

MK

АЦП

ИК лазер

пленка

Ф

Фотодиод

Рис.1 Блок схема измерителя толщины тонких пленок.

FT232 – микросхема преобразующая интерфейс USART в USB, УС – усилитель сигнала, ШД – шаговый двигатель, Ф – фильтр, АЦП – Аналого-цифровой преобразователь, ЦАП – Цифрово-аналоговый преобразователь. Принцип работы прибора: При включении ИТТМП приводит механику в нулевое положение. После этого в устройство нужно закрепить эталонную магнитную пленку и произвести калибровку мощности излучения инфракрасного лазера. Затем прибор переходит в режим приема данных от управляющей программы, установленной на ПК. Обмен данных происходит по протоколу modbus. Прибор работает в режиме однократного измерения или измерения по всей плоскости пленки методом сканирования. Аналого-цифровой преобразователь AD7731 фирмы analog devices определяет точность измерений. Близкое расположение АЦП к фотоприемнику, использование RC и LC фильтров и металлического экрана снижают внешние помехи до минимума. Шаг аналого-цифрового преобразователя можно высчитать по формуле: 3 оп = = = 0.0000000006985В. · 2 · 256 где U – шаг АЦП, Uоп – напряжение источника опорного напряжения, R – разрядность АЦП, К – коэффициент усиления встроенного усилителя АЦП. Настройка АЦП и взаимодействие с микроконтроллером происходит по интерфейсу SPI. Скорость AD7731 без использования встроенного цифрового фильтра 6200 измерений в секунду. АЦП имеет встроенный инструментальный усилитель с программируемым коэффициентом усиления. Он используется при измерении пленок, толщина которых более 1000 ангстрем. Данные полученные от измерителя обрабатываются в ПК. Для калибровки прибора используются тарировочные файлы, которые создаются на основе пленок с известной толщиной. ПО предусматривает ведение базы данных измеренных пленок. Измерение толщины пленки по всей её площади позволяет выявить брак при производстве, неравномерность в напылении, трещины и другие дефекты. Механическая система прибора «Измеритель толщины тонких пленок» должна выполнять работу по перемещению пленки в плоскости измерения, 20

обладать достаточной жесткостью для того, чтобы слабое механическое воздействие не влияло на результат измерения. Большая часть деталей для простоты механической обработки выполнена из материала Д16 ГОСТ 4784-97. Детали, требующие повышенной жесткости, выполнены из стали. Втулки скольжения выполнены из материала БрАЖ9-4 ГОСТ 18175-78. Прибор ИТТМП сейчас находится на стадии разработки. Изготовлен опытный образец. Планируется заменить USB интерфейс на RS-485 с гальванической развязкой и защитой сигнальных линий, для обеспечения высокой помехозащищенности.

Барачевский В.А., Горелик А.М., Кобелева О.И., Валова Т.М. ФОТОХРОМНЫЕ ХЕМОСЕНСОРЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Центр фотохимии РАН, Москва, Россия Barachevsky V.A., Gorelik A.M., Kobeleva O.I., Valova T.M. PHOTOCHROMIC CHEMOSENSORS FOR DETERMINATION OF METAL IONS Photochemical Center of RAS, Moscow, Russia В связи с ухудшающимися экологическими условиями возникает проблема оснащения общества персональными беспроводными сенсорными устройствами для реализации хемо-био-сенсорной сети, работа которой обеспечивается карманными компьютерами [1]. Особый интерес представляют реверсивные сенсорные системы, которые обычно находятся в неактивном состоянии, а начинают выполнять функции только после внешнего воздействия той или иной природы. В этом отношении значительный интерес представляют фотохромные системы, которые обратимо изменяют свои физико-химические свойства под действием света. Среди известных фотохромных органических соединений для этих целей наиболее подходят спиросоединения (спиропираны, спирооксазины), которые состоят из двух несопряженных фрагментов, соединенных спироатомом углерода, и хромены (рис.1). Они проявляют обратимые фотоиндуцированные превращения между двумя состояниями, а именно, между бесцветной А и окрашенной мероцианиновой В формами, которые различаются не только спектральными свойствами.

21

R2

Z

hv1

C O R1

R2

+

C

R2

Z

R3

R3

hv

1

O

O

hv 2,kT R 1

R2

O

hv2 ,kT R1

А

В

А В (а) (б) Рисунок 1. Схема фотохромных превращений спиросоединений (а, Z=Cспиропираны , Z=N-спирооксазины) и хроменов (б). Важным свойством фотоиндуцированной мероцианиновой формы В соединений является наличие отрицательно-заряженного фенолятного атома кислорода, за счет взаимодействия которого с катионами металла возникают комплексы с характерными для них спектрами поглощения и люминесценции. Фотопроцессы с участием этих фотохромных соединений позволяют осуществить фотоуправляемое обратимое связывание присутствующих в растворе катионов металлов. Спектрально-кинетические исследования комплексообразования фотоиндуцированных форм спиросоединений и хроменов с ионами металлов, выполненные нами ранее [2-7], показали, что эти фотохромные соединения пригодны для селективного определения содержания в жидких средах путем измерения спектральных сдвигов и константам скоростей реакции термической релаксации фотоиндуцированной формы в исходную. На рис.2 представлены данные о спектральных сдвигах, полученные для фотохромных соединений конкретной структуры: спиропирана (рис.2,а), спирооксазина (рис.2б) и хромена (рис.2в): OCH3

O(  -C10H9)

N

S

H3CO

N O

N O

NO 2

OCH3

CO(NC5H10)

OCH3

O O NC4H4O

OCH3

Рис. 2. Спектры поглощения мероцианиновой формы спиропирана (а), спирооксазина (б) и хромена (в) в ацетонитриле без и в присутствии катионов металлов.

22

Рис. 2а и 2в представляют изменение спектров поглощения индуцированных УФ излучением форм спиропирана и хромена, соответственно. Видно, что при комплексообразовании ионов металлов с молекулами спиропирана наблюдается гипсохромный сдвиг максимума полосы поглощения относительно полосы поглощения фотоиндуцированной формы, наблюдаемой в отсутствие ионов (рис.2а). Для хромена, наоборот, спектры поглощения сдвигаются в длинноволновую спектральную область (рис.2в). Мероцианиновая форма этих фотохромных соединений испытывает темновую релаксацию в исходное бесцветное состояние. Этот переход может ускоряться под действием видимого света. В обоих случаях происходит выброс ионов в раствор. Для представленного на рис. 2б спирооксазина образование окрашенных комплексов наблюдается без воздействия УФ излучения сразу при введении ионов металлов в раствор. Однако высвобождение ионов также осуществляется под действием видимого света. Целенаправленно изменяя структуру фотохромных соединений, можно селективно определять содержание конкретных ионов, в частности, катиона Сu2+, в растворе, содержащем ряд других катионов металлов, спектрально не отличимых друг от друга (рис.3). Рис.3. Спектры поглощения раствора хромена в ацетонитриле до (1) и после облучения без (2) и в присутствии катионов 2+ металлов: Ca (3), Mg2+ (4), Сu2+ (5) и Zn2+ (6).

Поскольку мероцианиновая форма спиросоединений обладает флуоресценцией, их комплексообразование с ионами металлов проявляется и в изменении положения и интенсивности полос флуоресценции (рис. 4). Флуоресцентные свойства позволяют существенно повысить чувствительность метода определения содержания и концентрации ионов металлов.

23

Рис.4. Спектры поглощения (1,2) и люминесценции (3) спиропирана в ацетонитриле в присутствии ионов Mg2+ при соотношении L/ M=1:10 до (1) и после (2,3) УФ облучения. Люминесценция регистрировалась при возбуждении светом с на длиной волны 490 нм.

Анализ результатов спектрально-кинетического исследования комплексообразования спиросоединений и хроменов различного типа и и ионов металлов показал, что эти фотохромные соединения могут быть использованы в качестве реверсивных фотоуправляемых компонентов хемосенсоров и хемочипов в разрабатываемых оптических сенсорах [8], а также для транспортировки ионов металлов в проточных системах. Работа поддержана Минобрнауки РФ, ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы», Госконтракт № 16.513.11.3077. Литература 1 Diamond D., Coyle S., Scarmagnani S., Hayes J.// Chem. Rev. 2008.N 2. v.108. p.652.

2 Строкач Ю.П., Валова Т.М., Барачевский В.А., Алфимов М.В., Локшин В., Гуглиелметти Р., Самат А.//Журн. научн. прикл. фотогр.1999.т.44. № 6. с.1.

3 Строкач Ю.П., Валова Т.М., Барачевский В.А., Арсенов В.Д., Алфимов М.В.// Журн. научн. прикл.фотографии. 2000. т. 45. № 6. с. 43.

4 Строкач Ю.П., Валова Т.М., Барачевский В.А., Шиенок А.И., Маревцев И.С.// Изв. АН. Cер.хим. 2005. № 6. с. 2530 5 Barachevsky V.A., Strokach Yu.P., Puankov Yu.A., Kobeleva O.I., Valova T.M., Levchenko K.S., Yarovenko V.N., Krayushkin M.M.// ARKIVOC. 2009. N. IX. р.70.

6 Барачевский В.А., Кобелева O.И., Валова Т.М., Попов Л.Д., Щербаков И.Н., Буланов А.О., Коган В.А.// Рос. хим. журн. 2009. Т. LIII. № 1. с.110 7 Попов Л.Д., Щербаков И.Н., Коган В.А., Кобелева О.И., Валова Т.М., Барачевский В.А., Шиенок А.И., Кольцова Л.С., Зайченко Н.Л.// Известия АН.

Cер. хим. 2009. № 5. с. 950.

8 Benito-Lopez F., Scarmagnani S., Walsh Z., Paull B., Me M. // Sensors Actuators. B. Chemical. 2009. v. 140. N 1. p. 295.

24

Бейсенби М.А., Тайлак Б.Е., Тен Т.Л., Томилова Н.И., Когай Г.Д. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ВЗАИМОСВЯЗИ ДЕТЕРМИНИРОВАННОГО ХАОСА И КРИПТОГРАФИИ Карагандинский государственный технический университет, Караганда, Казахстан Beysenbi M.A., Tailak B.E., Ten T.L., Tomilova N.I., Kogai, G.D. THE FORMALIZATION OF THE RELATIONSHIP OF DETERMINISTIC CHAOS AND CRYPTOGRAPHY Karaganda State Technical University, Karaganda, Kazakhstan Криптографическую систему можно отнести к нелинейным системам с обратной связью, когда информация с выхода системы подается на вход и становится следующим набором входных данных.

Рисунок 1 – Схема криптографической системы Т.к. на сегодняшний день алгоритмы шифрования известны, то криптостойкость шифра определяется длиной ключа, т.к. единственный путь вскрытия зашифрованной информации – перебор комбинаций ключа и выполнение алгоритма расшифрования. Таким образом, время и средства, затрачиваемые на криптоанализ, зависят от длины ключа и сложности алгоритма шифрования. Как известно, различают два класса криптосистем. В симметричной криптосистеме используется один и тот же ключ для шифрования и расшифровки сообщения. Смысл симметричного шифрования состоит в многократном рассеивании и перемешивании исходных данных. После определенного числа раундов (в алгоритме DES - 16, в алгоритме ГОСТ 2814789 – 32) проводится конечная перестановка, полученный после этого результат становится блоком шифртекста. Принципиальное отличие асимметричной криптосистемы от криптосистемы симметричного шифрования состоит в том, что для шифрования информации и ее последующего расшифрования используются 25

различные ключи. Традиционные криптосистемы (схемы шифрования, псевдослучайные генераторы) можно рассматривать как динамические системы, осуществляющие преобразования информации. Взаимосвязь между объектами изучения в теории хаоса и криптографии можно представить следующим образом: Теория хаоса Хаотическая система - нелинейное преобразование - бесконечное число состояний - бесконечное число итераций Начальное состояние Заключительное состояние Начальные условия и параметры Асимптотическая независимость начального и конечного состояний Чувствительность к начальным условиям и параметрам, смешивание

Криптография Псевдохаотическая система - нелинейное преобразование - конечное число состояний - конечное число итераций Открытый текст Шифротекст Ключ Запутывание Распыление

Известные свойства хаотических систем (экспоненциальное расхождение траекторий, эргодичность, смешивание) могут оказаться полезными в криптографии при разработке новых схем шифрования. Однако между криптографией и теорией хаоса существуют фундаментальные различия [1]: 1. Криптография изучает эффект конечного числа итерационных преобразований (n < ∞), в то время как теория хаоса (непрерывного и дискретного) изучает асимптотическое поведение системы (n →∞).

2. Классические хаотические системы представлены некоторым множеством фазового пространства, которое часто имеет дробную размерность (т.е. является фракталом). В криптографии используют все возможные комбинации независимых переменных и работают с пространствами с целыми размерностями.

3. В компьютерной криптографии рассматриваются системы с конечным числом состояний, а пространство состояний хаотической системы определено на бесконечном множестве непрерывных или дискретных значений. Таким образом, все модели хаоса, реализованные на компьютере, являются приближенными. Многомерные хаотические системы не могут использоваться в шифровании, так как они не репродуцируемы. С другой стороны, генерация ключей (без возможности повтора) при помощи «естественного» хаоса (например, термальный шум в системном блоке компьютера) широко используется уже сегодня.

26

Детерминированный хаос, который можно применить в шифровании, имеет малую размерность и бесчисленное множество состояний. Детерминированный хаос может порождать алгоритмически случайные последовательности. Более того, в смешивающей системе, выборка xn, xn+k, xn+2k, xn+3k … является асимптотически (k→∞) случайной, то есть, с увеличением k члены выборки будут все менее зависимы. Литература 1 .Бейсенби М.А., Тайлак Б.Е. Исследование порождения детерминированного хаоса и криптографическая система защиты информации в компьютерных сетях //Труды университета. КарГТУ, 2009 г. – С. 72-75.

Белов Н.П., Смирнов Ю.Ю., Хабарова А.В., Шерстобитова А.С., Шишова К.А., Яськов А.Д. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВУХПОЛОСТНОЙ ИНТЕГРИРУЮЩЕЙ СФЕРЫ С ЭКРАНОМ Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург, Россия Belov N.P., Smirnov Yu.Yu., Habarova A.V., Sherstobitova A.S., Shishova K.A., Yaskov A.D. MODELLING OF THE DOUBLE INTEGRATING SPHERE WITH A BAFFLE Saint-Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics, Saint-Petersburg, Russia Измерения оптических характеристик объектов с диффузным отражением и/или пропусканием света в большинстве случаев предполагают использование фотометрического шара. Представляет интерес также применение двухполостной интегрирующей сферы, позволяющей одновременно получать данные по отражению и пропусканию исследуемого объекта. В настоящей работе было проведено моделирование двухполостной интегрирующей сферы с экраном. Конструктивное изображение сферы показано на рис. 1. Двухполостная интегрирующая сфера с осветителем и коллекторами на основе оптического волокна имела следующие характеристики: диаметр полостей 60 мм, размеры входного и выходного портов 8 мм, коэффициент отражения внутренней поверхности 0.92. Для предотвращения прямого попадания излучения от осветителя на образец в верхней сфере (рис. 1) использовался экран.

27

Рис. 1 Конструкция двухполостной интегрирующей сферы с экраном Измерение отражения-пропускания предполагало установку образца между обеими сферами. Каналы отражения и пропускания могли также быть разделены и использоваться независимо (верхняя сфера либо нижняя сфера, соответственно (рис. 1)). Один из коллекторов располагался вертикально, другой – горизонтально и был закрыт диафрагмой. Для определения функциональности конструкции было рассчитано распределение освещенности Ev на внутренней поверхности двухполостной интегрирующей сферы без использования образца. Было сделано допущение, что отражение происходит по закону Ламберта. Расчеты освещенности проводились матричным методом [1, 2]. В соответствии с данным методом на внутренней поверхности сферы и поверхности экрана выделялись отдельные зоны, обмен излучением между элементами которых определялся конфигурационными факторами, задающими направление на соответствующие элементы зон. Поверхности, участвующие в обмене излучением, были разделены на верхнюю и нижнюю части первой сферы, верхнюю и нижнюю поверхности экрана, верхнюю и нижнюю части второй сферы. Если обмена излучением между зонами не происходило, то соответствующие зонам конфигурационные факторы считались равными нулю. Результаты расчетов показаны на рис. 2.

28

Рис. 2 Относительная разность освещенностей: 1 – верхней части первой сферы, 2 – нижней части первой сферы, 3 – верхней части второй сферы, 4 – нижней части второй сферы (Ev0 – начальная освещенность) Наибольшую неравномерность освещенности имела верхняя часть первой сферы; освещенность нижней части первой сферы, а также поверхность второй сферы оставались практически равномерными. Приведенные расчетные данные показали, что экран не вносит неравномерности освещенности образца, таким образом, не приводит к дополнительной фотометрической погрешности, поэтому он может быть использован в конструкциях интегрирующей сферы. Литература 1. Tardy, H. L. Matrix method for integrating-sphere calculations // J. Opt. Soc. Am. A, Vol. 8, No. 9, 1411 – 1418 (1991).

2. Clare, J. F. Comparison of four analytic methods for the calculation of irradiance in integrating spheres // J. Opt. Soc. Am. A, Vol. 15, No. 12, 3086 – 3096 (1998).

29

Болодурина И.П., Парфёнов Д.И. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОСТРЕБОВАННОСТИ РЕСУРСОВ В РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ ДИСТАНЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет", Оренбург, Россия Bolodurina I.P., Parfenov D.I. MODELLING DEMAND RESOURCES IN DISTRIBUTED INFORMATION SYSTEM OF DISTANCE SUPPORT EDUCATIONAL PROCESS Orenburg State University, Orenburg, Russia Получение образования в настоящее время все больше взаимосвязано с применением информационных технологий, что, в свою очередь, порождает потребность в создании систем, позволяющих организовывать и регулировать этот процесс. Наиболее активно развивающимся в этом плане направлением является дистанционное обучение (ДО). Создаваемые системы дистанционного обучения (СДО) представляют собой достаточно сложный в организационнотехническом плане механизм, включающий в себя несколько подзадач, основными из которых являются:  управление потоками данных и внутренним документооборотом;  обеспечение безотказной и безопасной точки входа для внешних пользователей в интерактивную среду обучения. При этом ключевыми показателями эффективности работы таких систем является время отклика и скорость получения необходимой информации при обращении к ее источнику. Причем наиболее уязвимыми, с точки зрения временных задержек и скорости обработки запросов, являются внешние пользователи. Это обусловлено использованием большинством систем интернет-ориентированной архитектуры клиентских приложений. Образовательные интернет-порталы, с одной стороны, являются достаточно эффективным средством для обеспечения обучающихся необходимой информацией, с другой стороны, они требуют поддерживать ее постоянную доступность. В Оренбургском государственном университете (ОГУ) с 1998 года успешно развивается собственная система дистанционного обучения. За это время разработано ряд подсистем, позволяющих автоматизировать задачи организационно-методического и программно-технического сопровождения ДО. В начале своего развития СДО ОГУ строилась на основе кейс-технологий, поэтому приоритетным направлением разработки программных средств первой очереди стали: АРМы руководителей и сотрудников, а также пакет программных средств для студентов. Активное развитие внутренней 30

телекоммуникационной инфраструктуры и обеспечение ВУЗа каналами связи с сетью Интернет потребовало глобальной доступности системы дистанционного обучения. В первую очередь, это отразилось на системе контроля знаний, переводимой в режим работы реального времени, а также в создании информационного ресурса СДО ОГУ (cde.osu.ru). За время существования СДО в Оренбургском государственном университете накоплен значительный объем учебно-методических комплексов, что потребовало их структуризации и учета. Для этих целей создана электронная библиотека, а расширение каналов связи позволило предоставлять конечным пользователям удаленный доступ к ее ресурсам. Это позволяет рассматривать СДО как распределенную информационную систему [3]. Дальнейшим развитием интерактивных интернет-ресурсов является видеопортал дистанционного обучения. Подсистема интернет-трансляций и вебинаров совместно с архивом видеозаписей позволяет перевести взаимодействие преподавателя и студентов на новый уровень путем обеспечения интерактивной обратной связи. Расширение применения информационных ресурсов для внешних пользователей в распределенной СДО привело к повышению нагрузки на оборудование и каналы связи. С целью анализа эффективности использования имеющейся архитектуры программных продуктов и предотвращения перегрузки оборудования нами проведено исследование использования внешних подсистем СДО ОГУ. Для детального анализа ресурсов системы дистанционного обучения нами разработана уровневая модель на основе следующих доступных внешним пользователям подсистем:  подсистема контроля знаний (уровень 1);  подсистема предоставления учебно-методических комплексов (электронная библиотека) (уровень 2);  подсистема трансляции и публикации видео и аудио материалов (видеопортал ДО) (уровень 3). В результате нами разработан комплекс, обеспечивающий работу мультисервисного набора услуг для физически распределенных пользователей. Каждая из подсистем, используемая в системе дистанционного обучения, предъявляет различные требования к прикладному программному обеспечению оборудования и качеству обслуживания (QOS). При этом не стоит забывать, что все подсистемы должны обеспечивать одновременную совместную работу. В связи с этим возникает вопрос о приоритете обслуживания запросов к каждой из подсистем. В соответствии с целью исследования нами решены следующие задачи:  выделено прикладное программное обеспечение, влияющее на работу каждой из подсистем;  определена наиболее ресурсоемкая подсистема;

31

 выставлены индикаторы приоритетов обработки запросов при одновременном функционировании подсистем;  задана целевая функция для максимизации числа обработанных обращений к СДО. Работу интерент-приложений часто рассматривают как систему массового обслуживания с ограниченным временем пребывания в очереди и пуассоновским потоком заявок [1,2]. Для пользователей основным критерием качества работы приложений является быстрая обработка запроса и получения результата. Такой подход с точки зрения оценки производительности и оптимизации работы приложений неинформативен и неэффективен. Так, кроме информации об отказе в обслуживании администратор системы не получит других параметров о ходе выполнения обработки запроса пользователя, а значит, не может своевременно предотвратить повторный сбой. Для формализации работы интернет-приложений механизм обработки запросов будем рассматривать как многоканальное СМО с несколькими очередями (Рисунок 1).

Рис. 1. Модель работы интерент-приложения как СМО В ходе исследования нами установлено, что на всех трех уровнях модели основными факторами, влияющими на скорости обработки запросов пользователей программным обеспечением системы дистанционного обучения, являются:  обращение к СУБД для получения необходимых данных;  обращение к дисковому пространству, как самого сервера, так и к системе хранения данных для записи или чтении необходимых данных;  использование приложением канала связи, заданной пропускной способности в единицу времени для приема и передачи требуемого объема данных. Для указанных выше факторов нами введены численные показатели классификационных признаков каждого из уровней построенной модели:  количество запросов в единицу времени, отправленных к СУБД (SQLзапросов/с);

32

 использование дискового пространства серверного оборудования (Мб/с);  интенсивность использования входящего/исходящего канала связи (Мбит/с). Для каждого из уровней численные показатели в процентном соотношении к суммарному показателю использования данного ресурса всеми уровнями модели определяются выражением: R i  100 R i исп  , (R 1    R n ) где R1,…,Rn численные показатели использования ресурса по каждому из классификационных признаков, полученные в результате измерений на интервале времени ΔT. Индикаторы приоритета обслуживания уровней модели определим на основе рейтинга востребованности ресурсов системы в целом. Для этого нами построена диаграмма приоритетов (Рисунок 2) востребованности ключевых сервисов и аппаратного обеспечения, лежащих в основе каждой из подсистем.

Рис. 2. Диаграмма приоритетов востребованности ресурсов СДО Общую ресурсоемкость системы дистанционного обучения определим как суммарную площадь Sсдо, занимаемую всеми уровнями модели (Si). При этом максимально возможные ресурсы сервера обозначим как площадь, полученную при использовании 100% всех ключевых сервисов. Так как работа веб-сервера осуществляется непрерывно, поступление заявок к ресурсам системы (СУБД, каналы связи, дисковое пространство) можно описать в дискретном времени: Ij(Tj)={j:t  (0,Ti)} – множество номеров заявок, пришедших в интервал времени (0,Ti) на подсистему i (i – уровень подсистемы, i=1,…,M). Статус обработки j-ой заявки поступившей на i-ый уровень обозначим xij, причем отказ в обслуживании будем считать xij=0, успех xij=1. Интенсивность поступления и обработки заявок на каждый из уровней модели обозначим λi, при этом она напрямую зависит от ресурсоемкости подсистемы. Кроме того, введем показатель приоритета (Pi) для каждого из уровней, распределение которого зависит от количества одновременно используемых ресурсов. Тогда на нагрузку, создаваемую каждым из уровней, можно наложить ограничение: 33

  i x ijSi  Vi , i=1,…,M. I j (Tj )

При задании целевой функции введены следующие ограничения, связанные с предметной областью исследования:  время обработки (T) любого запроса ограничено;  мощность сервера (V) фиксирована. Ввиду неравномерности использования основных ресурсов сервера каждым из уровней системы дистанционного обучения следует определить условия максимальной загрузки сервера, при которой возможна безотказная работа всех приложений: M

   i x ijSi  V , i 1

i=1,…,M, xij={0,1}.

jI j (Tj )

Таким образом, для обработки максимального количества запросов пользователей в единицу времени получим целевую функцию вида: M

   i x ij Pi  max . i 1 I j (Tj )

Полученная целевая функция и построенная модель могут применяться для дальнейшего исследования эффективности использования аппаратных и программных ресурсов с целью повышения качества предоставления услуг в распределенных информационных системах дистанционного обучения. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант № 11-0700046-а. Литература 1. Жуков А.В. Некоторые модели оптимального управления входным потоком заявок в интранет-системах. // Материалы 6-й научно-технической конференции «Новые информационной технологии в ЦБП и энергетике».Петрозаводск, 2004. – С. 87-90.

2. Гусев О.В. Проблема адекватной оценки производительности вебсерверов в корпоративных сетях на предприятиях ЦБП / О.В.Гусев, А.В.Жуков, В.В.Поляков, С.В.Поляков // Материалы 6-й научно-технической конференции «Новые информационной технологии в ЦБП и энергетике».- Петрозаводск, 2004. – С. 84-87 3. Д.И. Парфёнов, Программно-аппаратный комплекс видеопортала как эффективное средство информационного взаимодействия субъектов образовательного процесса // Тр. V международной научно-практической конференции «Информационная среда ВУЗа XXI Века». – Петрозаводск.:[Би], 2011. – С. 141–144.

34

Брусин Л.Д., Брусин С.Д., Брусин С.А. К РЕЗКОМУ СНИЖЕНИЮ ИНФЛЯЦИИ В РОССИИ Санкт-Петербург, Россия Brusin L.D., Brusin S.D., Brusin S.А.

THE SHARP REDUCTION OF INFLATION IN RUSSIA St. Petersburg, Russia На основании аналитического анализа ВВП показывается вред государственной политики по тарифам на энергоносители, и обосновываются условия резкого снижения инфляции и обеспечения экономического прогресса России.

1. Три основных составляющих в ценообразовании продукта Учитывая большую роль энергоносителей в современном производстве, мы можем выразить оптовую цену продукта так: Цопт = ( М + Э + Р) + НДС, (1) где М – оптовая цена материалов, Э – оптовая цена энергоносителей, Р – заработная плата, премия и единый социальный налог (ЕСН = 35,6 %). Кроме того, мы в статью Р перенесем сумму накладных расходов и прибыли. Таким образом, сумма (М + Э + Р) равна отпускной цене продукта предприятия. Заметим, что это отличается от существующей методики определения отпускной цены, но позволит нам решить поставленную задачу. Поскольку в разных видах производств (сельском хозяйстве, промышленности) и в сфере услуг соотношения между указанными составляющими могут сильно различаться, мы перейдем к аналитическому анализу важнейшего обобщенного национального продукта – ВВП.

2. Структура и анализ ВВП ВВП – это итоговый основной продукт страны за год, в котором отражается результат стоимости всей полезной полученной продукции, сферы услуг населению, а также расходы по защите населения внутри страны и от военного нападения извне. При этом все промежуточные стоимости труда исключаются, чтобы не было повторных накладок расходов. Выше мы показали ясное понимание оптовой цены любого продукта через значения М, Э, Р. Применим этот принцип к ВВП. Согласно [1] в России в 2010 ВВП составил 43189 млрд. руб. или 1430 млрд. долл. (при курсе 1 долл.= 30 руб); бюджет на 2010 г. – 9887 млрд. руб.

(330 млрд. долл.). Бюджет составляет 23% от ВВП. Для определения составляющей Э воспользуемся данными [2]. Сначала определим стоимость топливно-энергетических полезных ископаемых (ТЭПИ) без затрат их на получение электрической энергии. Всего было добыто природного топлива 1681,3 млн. тут (тонна условного топлива); общее 35

потребление для нужд в России 1017,6 млн. тут, из них затрачено на производство электрической энергии на ТЭС 352,3 млн. тут. Учтем, что остаточное используемое тепло ТЭС составляет 40% и равно 148 млн. тут. Тогда объем ТЭПИ, который был использован на получение электроэнергии, составит 352,3 – 148 = 204,3 млн. тут. Таким образом, чистое использование ТЭПИ (без затрат на электроэнергию) составит 1017,6 – 204,3 = 813,3 млн. тут. Это составляет от общего производства тут 813,3/1681,3 = 0,484 = 48,4%. Воспользуемся данными [3]: Таблица 1 Добыча в том числе полезных ископаемых добыча добыча (млн. руб.) топливнополезных энергетических ископаемых, полезных кроме топливноископаемых энергетических 6212101 5463753 748348 Определим стоимость ТЭПИ для внутреннего рынка России: 54637532∙ 0,484 = 2644456 млн. руб = 88,1 млрд. долл. Теперь определим оптовую цену электроэнергии на внутреннем рынке России. В 2010г. в России было произведено 1009,63 млрд. кВт*ч электроэнергии [4]. Согласно [5] оптовая цена электроэнергии для предприятий в России в среднем составила 1,78 руб. за кВт*ч. Значит, общая ее стоимость составила 1009,63∙1,78 = 1797,14 млрд. руб. = 59,9 млрд. долл. Таким образом, общая оптовая стоимость энергии Э в 2010г. составила: Э = 88,1 + 59,9 = 148 млрд. долл. Составляющую М (материалы) определим по данным добычи полезных ископаемых в 2010 г., из которых исключены топливно-энергетические ресурсы (таблица 1): М = 748348 млн. руб. ≈ 25 млрд.долл. При экспорте 4% этих непереработанных полезных ископаемых, имеем для внутреннего рынка России М = 24 млрд. долл. Таким образом, аналогично (1), прибавив налоги, из которых сформирован бюджет (Б), мы получим: (М + Э + Р) + Б = ВВП (2) Отсюда имеем: (М + Э + Р) = ВВП – Б = 1430 – 330 = 1100 млрд. долл. Зная значения М и Э, определим составляющую Р: Р = 1100 - 24 – 148 = 928 млрд. долл.

(3) Тогда мы можем записать: (24 + 148 + 928) + 330 = 1430 млрд. дол.

(4) Далее мы будем делать решение в общем виде, независимо от конкретного значения ВВП, но будем придерживаться соотношений между 36

имеющимися слагаемыми. Выразим всю сумму ВВП в условных единицах N, приняв ее равной 1000N, и определим все слагаемые через N. Тогда: М=1000∙24/1430≈16N;. Э=1000∙148/1430=104N; Р=1000∙ 928/1430=649N; Б=1000∙330/1430 =231N. Подставив найденные значения в (4), имеем: (16N + 104N + 649N) + 231N = 1000N (5) Еще раз подчеркнем, что эта формула аналогична (4), и во избежание недопонимания при дальнейшем рассмотрении будем считать , что в статье Р включены все виды зарплат и премий, ЕСЦН, а также накладные расходы и прибыли; в статье Б включены всевозможные налоги (НДС, акцизы, НФЛ и другие). Делая аналогичные сравнения с производством (1), мы можем сумму (16N + 104N + 649N) считать как «отпускную» цену. Прибавка к ней налогов (Б - бюджет) и составляет стоимость ВВП = 1000N. 3. Инфляция Простое понимание инфляции – это обесценивание денег, которое возникает вследствие повышения стоимости товара без изменения его качества и количества. Инфляцию ИН можно определить так: ИН = ∑∆Мi + ∑∆Эi + ∑∆Рi / ∑Мi + ∑Эi + ∑Рi, (6) где первые три слагаемых (в числителе) со знаком ∆ обозначают суммарное увеличение цены на отдельных предприятиях составляющих М, Э, Р. Три слагаемых в знаменателе означают исходные денежные суммы всех предприятий. Как же возникает и формируется инфляция? Любое произвольное повышение цены одной из трех составляющих М, Э, Р ведет к инфляции. Однако энергоносители являются наиболее важными, так как влияют на все три составляющие. Поэтому рассмотрим инфляцию, которая явилась только результатом произвольного повышения оптовой цены на 10% на энергоносители ∑∆Эi. Их стоимость была 104N. Поскольку стоимость М (16N) и Р (649N) осталась прежней, то «отпускная» цена продукта ВВП возросла на 10,4N. и стала: (16N + 104N + 649N) + 10,4N = 769 + 10,4N= 779,4N, (7) т.е. она возросла на (10,4 / 769)∙100 = 1,35% На такой же процент возрастет бюджет, и его прибавка составит 231∙0,0135=3,1N. Возрастет и сумма ВВП на 13,5N. Но это лишь инфляционный фактор ИНф, т. е. толчок к инфляции, вызванный первичным изменением цены на энергоносители. Но энергоносители играют большую роль в добыче руды, что приведет к росту ее цены. При получении различных металлов будет рост их цены как за счет повышения цены на руду (М), так и на энергоносители (Э). При дальнейших этапах производства продолжается рост цены как за счет статьи М (это уже цена и комплектующих), так и за счет повышенной цены статьи Э. В конечном счете, стоимость продукта значительно возрастает. Установившаяся инфляция определится коэффициентом роста инфляции Крин.

37

Крин = ИН / Инф (8) Если принять, что в 2010 году ИН=8,8%, ИНф=1,35%, то Крин=8,8/1,35=6,5. Давайте посмотрим, какой выигрыш при этом получат, в целом, производители Э. С учетом инфляции выигрыш составит 10 - 8,8 = 1,2%. Но, если учесть еще тот ущерб, который инфляция приносит раннее имевшимся денежным средствам, то можно понять, что и этого выигрыша фактически нет. Однако чтобы компенсировать полученную инфляцию ВВП в 88N (8,8%), правительству (с учетом инфляционного повышения бюджета на 8,8% надо изыскать сумму (1000–231)∙0,088 = 67,7N, что составляет 29,3% от первоначального бюджета. Вот в какую цену стране обходится инфляция 8,8%, вызванная только повышением цены на энергоносители на 10%. Поэтому, чтобы этого не допустить, цены на энергоносители должны быть стабильными. Если возникнет необходимость изменения цен на энергоносители по технологическим и др. причинам, то целесообразней государству выделить необходимые средства, оставив цены на энергоносители неизменными. Заметим, что расчет налоговых отчислений в бюджет от увеличенной стоимости энергоносителей в 2010 г. составил сумму, которая в 3 раза меньше суммы, необходимой для индексации пенсий. Отсутствие инфляции позволит стабилизировать работу всего народного хозяйства страны. Экспортные товары не будут повышаться в цене на производстве, и это позволит поднять конкурентоспособность их на мировом рынке, что, в свою очередь, принесет добавочные доходы производителям и в казну. Заключение В данной статье, посвященной актуальной проблеме нашей страны, мы аналитически рассмотрели решение проблемы инфляции. При этом, учитывая большую сеть экономических направлений народного хозяйства и методологий их решения, мы рассматриваем самое общее решение на примере ВВП, и нет претензии к абсолютной точности используемых показателей. Решение дается в общем виде и, подставляя конкретные данные для любого года, можем получать конкретные результаты. Показывается, что повышение цен на энергоносители (газ, нефть, уголь), а также на бензин, керосин, дизельное топливо вызывает сильную инфляцию в стране и не дает выгоды самим этим компаниям. Кто же виноват в раздувании инфляции в России? Для этого воспользуемся отчетом федеральной службы по тарифам (ФСТ) за 2010 год. Цитируем из отчета: “...в конце 2006 года руководством страны было принято решение о поэтапном достижении уровня оптовых цен на газ, реализуемый потребителям в Российской Федерации, обеспечивающего равную доходность поставок газа на внутренний рынок и на экспорт... Повышение цен на газ в целях ликвидации указанных диспропорций, безусловно, создает инфляционное давление и стимулирует увеличение издержек у потребителей газа.”[6]. Однако мы показали, что для устранения инфляции цены на энергоносители не должны повышаться. А как же быть с торговлей на внешний 38

рынок, где цены должны быть рыночные? Поскольку рост этих цен не связан с затратами энергодобывающих компаний, то, как вариант, может быть предложено вести торговлю на внешний рынок государственной службой, например МВТ, которая должна умело вести эту торговлю, а доход должен поступать в казну государства. От энергодобывающих компаний эта служба получает энергоносители также по стабильной цене. При эффективной положительной торговле частичное вознаграждение могут получать и энергодобывающие компании. Далее в [6] мы читаем, что повышение цен на газ «…формирует условия для роста инвестиций в газодобычу…». Сегодня по предложению ФСТ ежегодно повышаются цены на газ на 15%; на электроэнергию – на 10%. При этом действительно намного возрастают ВВП и сумма бюджета, которую можно было бы использовать на следующий год в качестве дальнейших инвестиций. Но деньги эти дутые, т. е. инфляционные. Значит, руководство страны виновно в раздувании инфляции. Методы современной экономической науки позволяют вычислять реальный ВВП и уровень инфляции. Однако страна живет и работает по деньгам текущего года с номинальным ВВП, в котором лежит большой груз инфляции. Тяжесть инфляции испытывает большинство граждан России, у которых нет соответствующих надбавок к зарплате: пенсионеры, студенты и др. Кроме того это прямым образом ложится на стоимость проживания и расходы ЖКХ. Таким образом, лишь красиво выглядит отчетность ФСТ, которая преподносится руководству страны. Цены на энергоносители на внутреннем рынке России не должны подниматься. И это не противоречит рыночным отношениям. Только при стабильной цене на энергоносители и материалы может быть конкурентная борьба между производителями товаров и услуг при повышении их качества. Между предприятиями, добывающими полезные ископаемые, государство должно стимулировать конкурентную борьбу по снижению цен на их продукцию для внутреннего рынка России. Например, в Японии дефляция каждый год составляет 1%. Государство должно строго ограничить любые повышения цен монопольных компаний пока не будет конкурентной сети компаний. Остановка роста цен на энергоносители ведет к резкому снижению инфляции вплоть до нулевого уровня. Снижение цен на энергоносители ведет к дефляции. И это должно быть основным лозунгом и предметом заботы руководства страны. Выводы 1. Повышение цен на энергоносители вызывает сильную инфляцию, не давая реального выигрыша их производителям. При этом вынужденное повышение цен может быть компенсировано государством, но цены на внутреннем рынке не должны повышаться.

2. Цены на энергоносители внутри страны на ближайшие 2-3 года должны быть заморожены. При этом будет определен уровень оставшейся инфляции. Продажа энергоносителей за рубеж должна производиться 39

государственной службой, а прибыль за счет повышения цены должна поступать в казну.

3. Должен быть продуман путь на плавное снижение стоимости энергоносителей, что ведет к дефляции и благоприятному экономическому развитию России. Литература 1.

1.Федеральный закон Российской Федерации от 2 декабря 2009 г. N 308-ФЗ "О федеральном бюджете на 2010 год и на плановый период 2011 и 2012 годов" "РГ" - Федеральный выпуск №5056, 4 декабря 2009 г.

2. Российский статистический ежегодник 2010г. Добыча полезных ископаемых. Общеэкономические показатели. Баланс энергоресурсов за 2008 год.

3. Российский статистический ежегодник 2011г. Добыча полезных ископаемых. Общеэкономические показатели. 13.4. Объем отгруженных товаров собственного производства.

4. ФСТ России. Отчет о результатах деятельности в 2010г., с. 51 5. Там же, с. 26.

6. Там же, с. 11.

Бурмин Л.Н., Степанов Ю.А. ПРИМЕНЕНИЕ АДАПТИВНЫХ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ГИС ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ Новокузнецкий институт (филиал) КемГУ Burmin L.N., Stepanov Y.A. USE OF ADAPTIVE INTELLIGENT SYSTEMS FOR IMPLEMENTING SPECIALIZED GIS FOR PREDICTION OF FOREST FIRES Novokuznetsk Institute (branch) of Kemerovo State University Данные Всемирного центра мониторинга пожаров, показывают, что в России с начала 2011 года было охвачено пожарами не менее 10-12 млн га. Количество пожаров достигало до 250 ежедневно. Одним из методов, используемых для задач прогнозирования катастроф подобного рода, являются нейронные сети. Их специфика заключается в способности самообучаться на основе собранных ранее статистических данных и находить связи между входными данными для получения результата. Основная цель работы: создать систему, которая бы оперативно реагировала на изменение геопространственных параметров и, в качестве выходных данных, определяла необходимые мероприятия по предотвращению 40

возникновения лесного пожара. В связи с этим возникает ряд задач, которые необходимо решить: 1. Подготовить пространственные данные к обработке.

2. Определить корреляции между исходными факторами.

3. Локализовать место возможного возгорания.

4. Представить рекомендации в понятной для человека форме. На первом этапе необходимо подготовить исходные данные для обработки. Для этого используются электронные карты с наложением редактируемой сетки. Каждый элемент сетки представляет собой объект, обладающий специфическими свойствами (Рисунок 1).

Рисунок 1. Пожароопасные области Задача выявления характера зависимости целесообразно решать с применением следующих технологий:  искусственные нейронные сети (ИНС далее);  статистические уравнения зависимости. Нейронные сети сначала анализируют статистические данные по лесным пожарам за 2011 год. Входными данными являются значение лесопожарного коэффициента (зависит от природных условий и года) и время развития пожара (определяется временем прибытия сил и средств ликвидации пожара в лесопожарную зону). Ключевой задачей ИНС будет нахождение коэффициентов зависимости между входными данными. Место возгорания с пространственной привязкой и направление распространения пожара вычисляется также генетическим алгоритмом, который получает значения, используя принципы наследования и скрещивания. Признаки, наиболее характерные для пожара, передаются в следующее поколение. Целевая функция (функция приспособленности) в данном случае 41

представляет собой математическое описание вероятности возгорания в виде полинома. Поскольку используется вероятностный подход, необходимо разрешить вопрос об интерпретации полученных результатов. Чтобы оценить полученные данные, необходимо использовать методы, описанные разделом математики под названием «нечеткая логика». Эти методы дают возможность преобразовать численное значение вероятности в лингвистическую переменную, понятную для человека, описывая при этом рекомендации для предотвращения возгорания. Методы ИНС и нечеткой логики обладают высокой степенью интеграции и во многом дополняют друг друга. [1] Наиболее острой проблемой является корректность и адекватность входных данных. Важно не только их количественное значение, но и качественное, так как важными могут оказаться факторы, не имеющие, на первый взгляд, отношения к возгоранию. В связи с обучаемостью нейронной сети, добавление очередного фактора может сказаться на адекватности всего результата в целом. Например, направление и скорость ветра являются существенными факторами, в то время как напряженностью магнитного поля района можно пренебречь. Литература 1. Емельянов В.В., Курейчик В.В., Курейчик В.М. Теория и практика эволюционного моделирования — С. 432. — ISBN 5-9221-0337-7.

2. Обзор методов эволюции нейронных сетей http://habrahabr.ru/blogs/artificial_intelligence/84015/ - [Электронный ресурс]. – дата обращения 10.07.2012.

Вислогузов Д.А., Маликов А.В., Воронов П.Е. ВОЗМОЖНОСТИ УЧЕБНО-НАУЧНОГО КОМПЛЕКСА ПО ИССЛЕДОВАНИЮ НАНОМАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕНТГЕНОВСКОГО РЕФЛЕКТОМЕТРА, УПРАВЛЯЕМОГО ЧЕРЕЗ ИНТЕРНЕТ Северо-Кавказский государственный технический университет, Ставрополь, Россия Visloguzov D.A., Malikov A.V., Voronov P.E. FUNCTIONAL CAPABILITIES OF THE MULTIMEDIA STUDYSCIENTIFIC COMPLEX IN RESEARCH OF NANO MATERIALS WITH THE USE OF X-RAY REFLECTOMETER CONTROLLED VIA THE INTERNET North Caucasus State Technical University, Stavropol, Russia 42

Мультимедийный учебно-научный комплекс (МУНК) на базе многофункциональной рентгеновской аналитической системы "РИКОР" создан ФГБОУ ВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет» в рамках выполнения государственного контракта № 16.647.11.2010 от 29 ноября 2010 г. Доступ к МУНК из сети интернет возможен по адресу: http://nano.ncstu.ru/. В МУНК входит полнофункциональный интерактивный симулятор «РИКОР», комплект электронных учебных модулей, содержащих методические и теоретические учебные материалы, виртуальные лабораторные работы, и все необходимые компоненты для изучения рентгеновских методов исследования свойств наноматериалов, интерфейс для проведения удаленных экспериментов. МУНК может использоваться студентами, аспирантами, учеными и преподавателями в учебной и научно-исследовательской деятельности. Многофункциональная аналитическая система "РИКОР" позволяет использовать в исследовании нано-материалов 6 основных режимов измерения: 1) рефлектометрия, 2) рефрактометрия, 3) дифрактометрия, 4) малоугловое рассеяние, 5) флуоресцентный анализ, 6) измерение спектров поглощения. Архитектура портала МУНК включает следующие основные модули, управляемые и взаимодействующие с помощью веб-брокера и стандартизированных веб-сервисов: – рентгеновский рефлектометр «РИКОР» – многофункциональная аналитическая система на базе рентгеновского рефлектометра для исследования наноструктур, обслуживаемая оператором; – набор симуляторов, включающий виртуальный аналог рентгеновского рефлектометра и моделирующие программы для каждого из аналитических методов, поддерживаемых рефлектометром «РИКОР»; – коллекция данных и мультимедийные ресурсы, наглядно иллюстрирующие процессы, протекающие в нанообъектах, и фундаментальные принципы, лежащие в основе работы прибора; – клиентский модуль, обеспечивающий интерфейс для интерактивной дистанционной связи с комплексом; – диспетчерский модуль, обеспечивающий взаимодействие между модулями, доступ к данным и ресурсам и возможность одновременного использования лаборатории несколькими пользователями. Компьютерные симуляторы «РИКОР», используя 3D-графику, анимации и компьютерное моделирование, реалистично имитируют работу оборудования и его основных узлов, динамически моделируют экспериментальные методы исследований и визуализируют процессы, происходящие внутри прибора. Пользователям портала предоставляются следующие возможности:  Изучение (преподавание) рентгеновских методов исследования свойств наноматериалов и диагностики слоистых тонкопленочных наноструктур.  Обучение работе с многофункциональной рентгеновской аналитической системой «РИКОР» с использованием виртуальной модели.

43

 Проведение виртуальных экспериментов на симуляторе «РИКОР».  Проведение экспериментальных исследований собственных образцов на реальном оборудовании «РИКОР» в режимах удаленного доступа к установке, прямого управления из лаборатории или по заданию заказчика без его непосредственного участия.  Участие в экспериментах на реальном оборудовании дистанционно в качестве наблюдателей.  Получение доступа к архиву результатов экспериментов.  Использование личного кабинета для просмотра истории своей работы на сайте и общения с пользователями и администрацией сайта. Для пользователей-преподавателей:  Сервисы по организации учебного процесса: создание учебных групп, использование журнала преподавателя с отражением информации хода изучения теоретического материала, результатов тестирования и выполнения виртуальных лабораторных работ каждого записавшегося в группу в качестве студента.  Проведение демонстрации экспериментов на реальном оборудовании для студентов группы в режиме удаленного доступа.  Общение в режиме форума со студентами группы.  Удаление студента из группы или блокирование работы студента в составе группы. Все сервисы портала предоставляются зарегистрированным пользователям на безвозмездной основе. Исключение составляют исследования реальных образцов на системе «РИКОР», которые проводятся на договорной основе. С 2012 года доступ к ресурсам МУНК возможен через единый портал Национальной нанотехнологической сети по адресу: http://nanо-network.ru

Воробьев С.И., Аверьянов В.П., Осипов М.Ю., Семенов С.Н. МНОГОПОЗИЦИОННАЯ СИСТЕМА ПОСТРОЕНИЯ МИКРОВОЛНОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ ООО «НТЦ ПФ», Санкт-Петербург, Россия Vorobjev S.I., Averjanov V.P., Osipov M.Yu., Semenov S.N. MULTIPOSITION SYSTEM FOR MAKING ONLINE MICROWAVE IMAGE “APSTEC” Ltd, Saint-Petersburg, Russia

44

Многопозиционные радиолокационные микроволновые системы появились еще в 60-х годах прошлого столетия. К ним можно отнести системы радиолокационной разведки и системы радиотелескопии. Функциональность таких систем была весьма ограничена и сводилась к узкому кругу задач, таких как обнаружение движущихся объектов и целей, определение их пространственного положения и, в редких случаях, идентификация и дальнейшее сопровождение. В дальнейшем возник вопрос о возможности получения микроволнового изображения цели по аналогии с голографией. Но эта задача была решена лишь теоретически, из-за отсутствия высокопроизводительных вычислительных систем. Целью работы являлась создание системы построения и визуализации микроволнового изображения, путем обработки и анализа характеристик рассеянного микроволнового излучения. Для решения задачи построения микроволнового изображения была разработана система «АМУ-256x2», работающая в микроволновом диапазоне. Принцип работы системы заключается в активном зондировании пространства когерентным излучением микроволнового диапазона со ступенчато меняющейся частотой с последующим анализом рассеянного поля. Основными компонентами системы являются: два антенных массива, состоящих из 256 передающих элементов, четыре приемные антенны, стереопара (две видеокамеры) и блок обработки информации. Для системы «АМУ-256х2» было разработано программное обеспечение (ПО), включающее в себя: блок управления, блок обработки микроволновых данных, блок обработки видео данных, а также блок анализа (рисунок 1). Блоки обработки микроволновых и видеоданных позволяют строить стереоизображения в микроволновом и видимом диапазонах электромагнитного излучения, соответственно.

45

Рисунок 1. Функциональная схема системы «АМУ-256x2». Разработанное ПО реализовано на языке программирования С++ в среде Microsoft Visual Studio 2008. Главной проблемой являлась медленная обработка микроволновых данных. Для решения этой проблемы, применялась технология параллельных вычислений CUDA и ATI Stream, которая позволила выполнять ресурсоемкие вычисления на графических процессорах производства NVIDIA Corporation и Advanced Micro Devices, Inc. Для сравнения: если без использования технологии параллельных вычислений время обработки и анализа одного кадра составляет около 2.5 минут, то с ее использованием – менее 100 микросекунд. Кадром восстановления является изображение области пространства 60x60x50 см, с разрешением в 1 см по каждому направлению. Работоспособность ПО и алгоритмов обработки информации была проверена на построении изображений модельных объектов. В качестве модельных объектов использовались результаты математического моделирования регистрируемого поля от точечного рассеивателя и рассеивающей плоскости. Результаты моделирования подтвердили корректность работы используемых алгоритмов. После проверки работоспособности ПО на модельных данных проводилась серия экспериментов с реальными тестовыми объектами. Здесь в качестве тестовых объектов брались: проводящая сфера малого диаметра (аналог точечного рассеивателя), металлическая плоскость (аналог рассеивающей плоскости), а также симулятор человеческого тела (манекен, завернутый в фольгу). Результаты обработки экспериментальных данных подтвердили корректность

46

локализации объектов, и достоверность построенного изображения находится в пределах разрешения. Система «АМУ-256x2» применяется для построения микроволнового изображения исследуемого объекта. Перспективным применением является возможность использования технологии при построении микроволнового изображения человека в режиме реального времени, что, в свою очередь, может быть использовано в системе дистанционного досмотра.

Глущенко А.В., Моргунов К.П. ПРОГРАММНАЯ ОБОЛОЧКА ДЛЯ РАСЧЕТОВ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК В ТРУБОПРОВОДАХ НА БАЗЕ КОМПЛЕКСА ANSYS Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций, Санкт-Петербург, Россия Glushchenko A.V, Morgunov K.P. PROGRAM ENVIRONMENT FOR CALCULATIONS OF DYNAMIC LOADINGS IN PIPELINES ON THE BASIS OF COMPLEX ANSYS The St.-Petersburg state university of water communications, St.-Petersburg, Russia Эксплуатационные характеристики трубопроводов в значительной мере зависят от достоверности расчетов, выполняемых на стадии проектирования. Выбор конструкции проектируемых элементов представляет собой весьма сложную техническую задачу. В связи с этим существенно увеличилось значение расчетно-теоретического анализа характеристик таких конструкций, а также использования математического моделирования. В настоящее время для моделирования сложных физических многодисциплинарных процессов, протекающих в различных технических объектах, в современных исследованиях прибегают к помощи вычислительных программных комплексов – коммерческих пакетов (Fluent, ANSYS, CFX) или аналогичных продуктов с открытым кодом (OpenFoam). Их использование открывает возможность проведения многофакторного численного эксперимента для плоских или трехмерных моделей объектов с учетом взаимовлияния протекающих физических процессов. К недостаткам работы с указанными программными комплексами можно отнести: сложность и трудоемкость создания виртуальных моделей, а также длительное время, необходимое для проведения вычислений. В работе представлена методика расчета на прочность элементов трубопровода. Разработанная компьютерная модель реализована с использованием программ, написанных на языке Visual Basic, и программного комплекса на базе ANSYS. Методика позволяет проводить прочностные расчеты различных конструктивных элементов.

47

Особенностью методики является то, что программная оболочка, написаная на языке Visual Basic, позволяет сформировать текстовый файл, воспринимаемый ANSYS, т.е. собрать файл из макрокоманд языка ANSYS. Оболочка формирует текстовый файл под конкретную геометрию; для каждого элемента трубопровода, например, гнутого отвода, есть оболочка. Интерфейс программы приведен на рис. 1.

Рисунок 1. Интерфейс программы Оболочка позволяет запустить сам расчетный комплекс ANSYS, который, используя сформированный файл, выполняет следующие операции: 1. отстраивает нужную геометрию (параметры которой заданы через оболочку); 2. выполняет разбиение на конечные элементы (см. рис.2); 3. прикладывает заданные нагрузки; 4. выполняет расчет; 5. выводит результаты расчета (рис.3). Преимущество оболочки в том, что она позволяет значительно уменьшить трудоемкость расчетов.

48

1 ELEMENTS NOV

4 2003 14:38:59

ZY X

Рисунок 2. Пример конечноэлементной модели

разбиения

гнутого

отвода

на

основе

1 NODAL SOLUTION NOV

STEP=1 SUB =1 TIME=1 SEQV (AVG) DMX =.009588 SMN =.221E+07 SMX =.188E+09

4 2003 14:37:50 MX

MN

Z

X

Y

.221E+07

.435E+08 .229E+08

.849E+08 .642E+08

.126E+09 .106E+09

.168E+09 .147E+09

.188E+09

Рисунок 3. Визуализация результатов расчета механических напряжений Сервис, представляемый оболочкой, избавляет пользователя от необходимости изучать язык макрокоманд ANSYS, которые довольно неудобны. Пользователь избавлен от необходимости разбираться в тонкостях построения геометрии, особенностях формирования конечноэлементной модели и порядке выполнения расчета в среде ANSYS.

49

Горбунов А.А., Припадчев А.Д. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ САПР ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ АВИАЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» Gorbunov A.A. USE TECHNOLOGY IN THE CAD DESING OF COMPLEX TECHNICAL AERONAUTICAL PRODUCTS Federal State budget institution of higher education «Orenburg State University» Процесс проектирования сложных современных технических изделий невозможен без использования современных компьютерных технологий. Современные технологии САПР позволяют в виртуальной среде создать синтезированные электронные документы, содержащие результаты комплексных расчётов. Основным является системный подход, содержащий различные методики проектирования сложных систем. Принцип системного подхода заключается в сложной системе с учетом её взаимодействия. В авиастроении задачи системного подхода состоят в раскрытии особенностей поведения системы свойств воздушного судна (ВС) как целостного объекта, исходя из особенности взаимодействия отдельных элементов [1]. При определении оптимальных параметров новых технических решений по конструктивно-геометрическим критериям, которые улучшают взлетнопосадочные и летно-технические характеристики ВС, создаётся необходимость в технологическом описании процесса проектирования математическими и имитационными моделями. Неотъемлемой частью математической модели являются параметры конструкции, характеризующейся как величины, определяющие конструктивно-геометрические, весовые и энергетические характеристики. Одним из вариантов по улучшению характеристик ВС является комплекс дополнительных аэродинамических поверхностей как эволюционное техническое решение, повышающее эффективность ВС в процессе авиационных перевозок. В рамках исследования на данный момент разработаны два варианта дополнительных аэродинамических поверхностей ВС, заявка на патент № 2011456, 2011458, рассмотрим один из них, рисунок 1.

50

Рисунок 1 – Дополнительная аэродинамическая поверхность «заявка на патент № 2011456». = 3 количество рабочих поверхностей; угол стреловидности по передней кромке верхней поверхности; угол стреловидности по передней кромке нижней поверхности; bk концевая хорда верхней поверхности; b0 корневая хорда верхней поверхности; bkн концевая хорда нижней поверхности; b0н корневая хорда нижней поверхности; угол между рабочими поверхностями; угол установки торцевой шайбы относительно оси концевой нервюры; угол стреловидности по передней кромки торцевой шайбы. Дополнительные аэродинамические поверхности – небольшие аэродинамические элементы на концах крыльев ВС, служащие для увеличения аэродинамической эффективности и, как следствие, для повышения технической эффективности ВС. Вопрос увеличения аэродинамической эффективности ВС напрямую связан с повышением топливной эффективности, так как снижение аэродинамического сопротивления и увеличения аэродинамического качества способствует к снижению потребной мощности силовой установки, что приводит к уменьшению расхода топлива. Основные отличия предлагаемой дополнительной аэродинамической поверхности от существующих следующие: поверхность снабжена нижней вертикальной аэродинамической поверхностью малого удлинения, сопряженной с концевой шайбой, так что передняя кромка нижней вертикальной аэродинамической поверхности совпадает с передней кромкой концевой шайбы, причём угол между концевой шайбой и нижней вертикальной аэродинамической поверхностью составляет от 125 до 130°.

51

В процессе проведения исследований можно сделать следующие выводы: применение технологий САПР делают процесс проектирования дополнительных аэродинамических поверхностей максимально гибким и эффективным, что позволяет сократить расход топлива примерно на 7 %, увеличить дальность полета, и способствуют сокращению индуктивного сопротивления на 20 % при приросте подъемной силы примерно на 9 %. Литература 1. Норенков И. П. Основы автоматизированного проектирования: учеб. для вузов / И. П. Норенков.- 2-е изд., перераб. и доп. - М. : МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 336 с. : ил. - (Информатика в техническом университете). - Библиогр.: с.

324-334. - ISBN 5-7038-2090-1. Денисов И.В., Кипер А.В. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО НЕЙРОЧИПА Балтийский военно-морской институт им. адм. Ф.Ф. Ушакова, Калининград, Россия Denisov I.V., Kiper A.V. PRINCIPLES OF ORGANIZATION OF THE FIBER-OPTICAL LIQUID-CRYSTAL NEURAL CHIP F.F. Ushakov Baltic Naval Institute, Kaliningrad, Russia Для контролирования параметров физических полей, распределенных на большой поверхности, необходимо применение распределенных волоконнооптических измерительных сетей (ВОИС) на основе уложенных по определенной схеме волоконно-оптических измерительных линий (ВОИЛ) [1]. В связи с тем, что для исследуемых протяженных физических полей реальное число восстанавливаемых параметров (областей ВОИС) значительно больше числа измерительных каналов (ВОИЛ), задача обработки поступающих от них массивов оптической информации является некорректной. Данное затруднение разрешается путём введения в процесс обработки оптической информации принципов работы нейронных сетей (НС). При этом вектор входных данных НС X  x1 ,..., xi ,..., x N  представляет собой оптические сигналы от ВОИЛ, несущие информацию о параметрах протяженных физических полей, исследуемых с помощью ВОИС. В связи с тем, что обрабатываемая информация является оптической и распространяется по волоконным световодам (ВС), наиболее перспективным для естественного согласования ВОИЛ с НС представляется ее организация на волоконно-оптической элементной базе.

52

При разработке оптоэлектронных НС наибольший интерес представляют полные НС с минимальным числом слоев, т.к. они просты в реализации и обеспечивают обработку информации за один её проход от входа к выходу НС [2]. Такой сетью может служить однонаправленная двухслойная НС типа персептрон, которая осуществляет преобразование вида: Y  FX  , (1) где вектор X поступает на вход НС, F – оператор, действующий на X , вектор Y – набор средних значений исследуемой физической величины. В результате действия оператора преобразования F над вектором входного слоя посредством матрицы связей W  wij , (i = 1, …, N; j = 1, …, M), согласно выражению N

y j   wij xi ,

(2)

i 1

образуется j-ая компонента вектора нейронов выходного слоя Y  y1 ,..., y j ,..., y M  . На пути практической реализации оптоэлектронной НС (ОНС) основной проблемой является организация волоконно-оптической матрицы связей (ВОМС), которая должна выполнять необходимые в (1) преобразования над входными данными. Особо важным вопросом с практической точки зрения является изготовление простых элементов, реализующих регулируемые весовые коэффициенты ВОМС ОНС изменяемой размерности. В настоящей работе предлагается возможность организации ВОМС произвольной размерности через объединение простых жидкористаллических ячеек – чипов (ЖЧ), перестраиваемых под меняющиеся условия задач обработки больших массивов оптической информации с ВОИС. Так как вектор входных данных НС X представляет собой оптическое излучение I , а Y – вектор средних значений исследуемой физической величины, то из (1) и (2) следует, что для построения ОНС требуется организовать ВОМС – аналог матрицы связей W. Для организации ВОМС оптоэлектронного персептрона на основе ЖЧ используется эффект оптического туннелирования, зависящего в данном случае от электрооптического эффекта на ячейке ЖЧ. Этот эффект сопровождается обменом энергии между слабо связанными модами полей в объединенной структуре соприкасающихся оптически прозрачных сред: ВС – ЖЧ по аналогии с организацией оптической НС на призмах [3]. В таких ОНС происходит умножение значения i-ой компоненты вектора входных данных I , представляющей собой оптическое излучение от iой ВОИЛ ВОИС, на j-ый элемент i-ой cтроки оптической матрицы связей. Каждый ЖЧ, отводящий часть излучения из волновода, представляет собой устройство регулировки весовых коэффициентов ВОМС. Причем эти веса определяются эффективностью туннельной связи ij между ВС и ЖЧ [3], которая управляется за счет электрооптической регулировки величины зазора связи между ними:

53

(3) где L – длина зоны взаимодействия; ij – показатель затухания m-ой моды в соответствующем ВС, зависящий от величины зазоров «ВС–ЖЧ». Поэтому, регулируя величину электрического потенциала на ЖЧ можно управлять эффективностью вывода излучения из ВС, т.е. изменять весовые коэффициенты ВОМС. Литература 1. Кульчин Ю.Н. Распределенные волоконно-оптические измерительные системы / Ю.Н. Кульчин. – М.: Физматлит, 2001. – 272 стр.

2. Кульчин Ю.Н. Применение персептронов для нелинейной реконструктивной томографии / Ю.Н. Кульчин, И.В. Денисов, А.В. Панов и др. // Проблемы управления. – 2006. – № 4. – С. 59-63.

3. Кульчин Ю.Н. Принципы организации матриц связей оптической нейронной сети на объемных оптических элементах / Ю.Н. Кульчин, И.В. Денисов, Е.В. Денисова // Нейрокомпьютеры: разработка, применение.  № 7.  2003.  С. 21-27.

Звонков В.Б. МНОГОАГЕНТНЫЕ СТОХАСТИЧЕСКИЕ АЛГОРИТМЫ И КОМИТЕТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ АЛГОРИТМОВ В ЗАДАЧАХ МОДЕЛИРОВАНИЯ, ОПТИМИЗАЦИИ, ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ СЛОЖНЫМИ СИСТЕМАМИ Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева, Красноярск, Россия Zvonkov V.B. MULTIAGENT STOCHASTIC ALGORITHMS AND COMMITTEES OF INTELLECTUAL ALGORITHMS FOR PROBLEMS OF MODELLING, OPTIMIZATION, FORECASTING AND MANAGEMENT OF COMPLEX SYSTEMS Siberian state aerospace university named after academician M.F. Reshetnev, Krasnoyarsk, Russia Эволюционные алгоритмы (ЭА), эволюционные стратегии, коэволюционные алгоритмы, генетическое программирование, искусственные нейронные сети (ИНС), нечеткая логика, алгоритмы оптимизации роем частиц (пчелиные, муравьиные и др.), а также гибридные алгоритмы и комитеты в виде 54

сочетания вышеуказанных методов и классических методов оптимизации, многоагентные системы способны решать свойственные для человеческого мозга слабо формализованные и неформализуемые задачи, являющиеся очень сложной проблемой для вычислительной машины, с эффективностью, не уступающей группе экспертов, при условии корректного выбора и применения. Разработка и совершенствование алгоритмов подобного рода и автоматизация их выбора и настройки – актуальные задачи в современную эпоху автоматизации, компьютеризации, роботизации и т. п. Необходимость решения творческих и интеллектуальных задач является не только научным приоритетным направлением, но и актуальным при решении задач на нашей планете, в нашей Солнечной системе (начиная от проектирования и запуска искусственных спутников и заканчивая расчетом траекторий движения космических тел и исследований по существованию внеземного разума), а также входит в приоритетные направления развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы (ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы" утверждена постановлением Правительства Российской Федерации от 17 октября 2006 г. N 613). Целью настоящей работы является автоматизация выбора и настройки многоагентных стохастических алгоритмов и комитетов интеллектуальных алгоритмов при решении разнотипных задач реального мира. Научная новизна: разработан, реализован и исследован новый самонастраивающийся генетический алгоритм, являющийся наилучшей из предложенных автором данной работы модификаций для решения задач класса однокритериальной оптимизации и отличающийся от известных способом автоматического выбора настроек; автором данной работы разработана, реализована и исследована адаптивная гибридная стохастическая процедура для решения задач многокритериальной оптимизации, использующая локальный поиск для улучшения («лечения») точек множества Парето, полученного генетическим алгоритмом через настраиваемое число поколений, что отличается от классического использования локального поиска по окончании работы генетического алгоритма (осуществлялось несколько вариантов использования улучшенных точек: свойства индивидов передаются следующему поколению, не передаются следующему поколению); применены авторские самонастраивающиеся ЭА для автоматической настройки весовых коэффициентов ИНС в комитете и синаптических связей в каждой ИНС, и проведена апробация на 27-и тестовых (22 задачи безусловной и условной однокритериальной и многокритериальной оптимизации и пять задач аппроксимации функций одной и многих вещественных переменных) и пяти практических задачах; проведено сравнение многоагентных стайных алгоритмов оптимизации с каноническим генетическим алгоритмом и авторскими самонастраивающимися процедурами; проведено сравнение авторских программных систем с некоторыми разработками (Statistica 8.0, Deductor Studio Academic 5.2, NeuroPro и др.) и установлено, что программные 55

системы автора настоящей работы при меньшем выборе запрограммированных алгоритмов работают эффективнее с точки зрения решения специфических задач и проще в изучении конечным пользователям благодаря интуитивно понятному графическому интерфейсу, справочной системе, группировке алгоритмов одного класса в отдельные модули, краткой, наглядной и логичной документации к программному комплексу. Полученные результаты являются статистически значимыми (дисперсионный анализ ANOVA, непараметрические критерии Уилкоксона, Манна-Уитни, критерий знаков); все исследования проводились методом статистического моделирования (от 500 до 1000 независимых прогонов на множестве настроек алгоритмов и задач). Тесты проводились в Windows XP/Vista/Seven и Linux Mandriva 2010/2011 и на трех принципиально разных конфигурациях ЭВМ (1, 2, 4 ядра в центральном процессоре), продолжительность каждой группы тестов составляла от 2-х до 4-х месяцев функционирования ПК без выключения на протяжении нескольких лет. Разработка, отладка, оптимизация кода алгоритмов осуществлялась с использованием современных кросс-платформенных технологий и ручным методом. Разработанные авторские и различные классические алгоритмы, объединенные в виде экспертных систем (ЭС) и интеллектуальных систем поддержки принятия решений (ИСППР), позволили решить ряд практических задач (входят в приоритетные направления модернизации промышленности, экономики, науки и образования РФ), которые можно условно разбить на 2 группы: 1. Формирование оптимального инвестиционного портфеля предприятия Химзавод – филиала ОАО «Красмаш» (условная однокритериальная и условная двухкритериальная задачи), формирование оптимального кредитного портфеля банка - Красноярского филиала ОАО «Банк Москвы» (условная однокритериальная и условная двухкритериальная задачи), оптимизация управления кредитным финансированием проектов с длительным инвестиционным циклом на примере ОАО «Информационные спутниковые системы имени академика М.Ф. Решетнева» (условная однокритериальная задача). Решения получены каноническим и авторскими ЭА, а также некоторыми классическими методами [1].

2. Предсказание отказов оборудования гидротурбины по измеренным вибрационным сигналам [2, 3] (11 входных, 12 выходных переменных, 1000 измерений, 11.2% - экзаменующая выборка, 88.8% - обучающая выборка, 12 ИНС), прогнозирование финансовых временных рядов на примере валютной пары евро/рубль за период 19.06.2010 – 18.06.2011 [3]. Решения получены классическим и авторскими ЭА в сочетании с комитетами (арифметическое среднее и взвешенное арифметическое среднее) ИНС (многослойные персептроны Ф. Розенблатта), см. таблицы 1, 2, максимальная мощность бинарного пространства поиска составила 2936.

56

Разработанные программные системы (рис. 1) позволяют исключить необходимость привлечения множества экспертов из различных областей знаний и в рамках единого подхода решать различные классы тестовых и реальных задач: безусловная и условная однокритериальная и многокритериальная нелинейная оптимизация многоэкстремальных, алгоритмически заданных функций разношкальных переменных очень высокой размерности (множество вещественных и бинарных переменных), задачи анализа многомерных данных высокой размерности с использованием комбинации эволюционных и нейросетевых моделей, алгоритмов и комитетов технологий. Также выработаны рекомендации по выбору типа алгоритма и его настройке (при необходимости ручной настройки) при решении задач указанных классов. Проведенные эксперименты показали целесообразность применения и практическую ценность разработанных алгоритмов, объединенных в виде ЭС и ИСППР, не использующих априорную информацию об эффективности настроек ЭА, а также о свойствах задачи, пространства поиска, предметной области; алгоритмы обеспечивают более высокую эффективность работы на некоторых рассмотренных практических и тестовых задачах в сравнении с ранее известными результатами исследований, что является существенным вкладом как в теорию, так и в практику ИАД и развитие направления ИИ [1]. Реализация результатов работы.  Исследования проводились также в рамках тем. плана СибГАУ.  Автор данной работы занял 2-е место в номинации «Программы научноисследовательского и экспериментального характера», 2 место в абсолютном зачете в III-ем туре Всероссийской студенческой олимпиады «Всероссийский конкурс компьютерных программ» в г. Вологда (2010 год) и стал лауреатом второй премии Президента РФ по государственной поддержке талантливой молодежи в рамках приоритетного направления «Образование».  Автором настоящей работы был успешно пройден отборочный тур Всероссийского конкурса научно-исследовательских работ студентов, аспирантов и молодых ученых по нескольким междисциплинарным направлениям «Эврика-2011» в г. Новочеркасск, автор - лауреат 3-ей степени очного тура данного конкурса. Публикации. В результате проведенных исследований опубликовано более 25 научных трудов (в том числе регистрации двух программных систем в Роспатенте, 1 статья в рецензируемом научном журнале «Вестник СибГАУ» из перечня ВАК Министерства образования и науки РФ). Апробация работы. Основные результаты и положения были доложены автором настоящей работы, обсуждены и (или) опубликованы более чем на 20 научных конференциях, семинарах, симпозиумах, смотрах-конкурсах молодежных IT-проектов и олимпиадах различного уровня (межвузовские, Всероссийские, Международные и зарубежные). По результатам выступлений автором работы получено 5 дипломов I степени, 4 диплома II степени, 1 диплом III степени.

57

Перспективы коммерциализации: Полученные алгоритмы и решения практических задач переданы специалистам и заказчикам для изучения. Для превращения программного комплекса в готовый рыночный продукт потребуется 2 года и финансирование в рамках государственного контракта Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. В ходе данного времени будут проведены все необходимые НИОКР, обеспечивающие реализацию всех заявленных функций универсального программного комплекса: доработка существующего комплекса алгоритмов (повышение эффективности функционирования), добавление новых алгоритмов интеллектуального анализа данных, отладка, тщательное тестирование всего полученного программного комплекса описанным в данной работе образом. Полученный результат окажет значимое влияние на развитие рынка программных систем интеллектуального анализа данных, экспертных систем и интеллектуальных систем поддержки принятия решений, согласно результатам проведенного маркетингового анализа. Потенциальные потребители научнотехнической продукции – предприятия оборонно-промышленного комплекса, коммерческие и государственные банки, малые инновационные предприятия, аналитики и трейдеры на финансовых биржах, МЧС России, министерство образования и науки РФ и другие структуры. Целевой аудиторией являются также и обычные пользователи, не являющиеся экспертами в эволюционной оптимизации, искусственных нейронных сетях, экономике, прогнозировании временных рядов и т.д. Предполагается, что установленная стоимость программного комплекса на рынке будет значительно меньше стоимости имеющихся коммерческих программных систем, таких как Statistica, Matlab, Mathcad и пр. Причем качество и эффективность решения задач обозначенных классов уже на сегодняшний день не уступает крупным коммерческим разработкам. Затраты на обучение персонала работе с программным комплексом автора настоящей работы существенно меньше, чем работе с крупными пакетами анализа, статистической обработки данных. Меньший выбор алгоритмов, чем в крупных коммерческих проектах, компенсирует факт универсальности авторских эволюционных алгоритмов, искусственных нейронных сетей и некоторых дополнительных алгоритмов, который в сочетании с функцией автоматического выбора и настройки алгоритмов позволяет адаптировать программный комплекс к решению широкого спектра практических задач (подключение библиотек новых целевых функций и ограничений, реальных данных). Обозначенные обстоятельства, несомненно, позволят создать конкурентоспособный продукт, а также действительно сделать автоматизацию выбора и настройки многоагентных стохастических алгоритмов и комитетов интеллектуальных алгоритмов массово доступным аппаратом поддержки принятия решений в различных областях науки и техники для целевой аудитории с разным уровнем подготовки и опытом решения подобных задач.

58

Таблица 1 Прогнозирование курса валютной пары евро/рубль №

Графический результат решения задачи

Формула расчета относительной ошибки

1

n

 ( y _ net

i

 yi )

i 1

Er 

n  ( y _ max  y _ min)  100%



Относительная ошибка прогнозирования составила 6.2 % 2

n

 ( y _ com _ net Er 

Относительная ошибка прогнозирования составила 1.05 %

59

i 1

i

 yi )

 n  ( y _ max  y _ min)  100% Обозначения: y _ max – максимальное значение истинного курса, y _ min – минимальное значение истинного курса, n – объем экзаменующей выборки, y _ neti – значение выходной переменной (курс), полученное ИНС в сочетании с гибридным ГА в i-ой точке, y _ com _ neti – значение выходной переменной (курс), полученное взвешенным комитетом ИНС в сочетании с гибридным ГА в i-ой точке yi – истинное значение выходной переменной (курс) в i-ой точке

Таблица 2 Предсказание отказов оборудования гидротурбины по вибрационным сигналам

ИНС для каждой выходной переменной (указан номер переменной)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Средняя ошибка (арифметическое среднее по 12 выходным переменных), %

60

Ошибка на обучающей выборке, (арифметическое среднее по 1000 независимым запускам), % 1,59490538 2,11817692 0,11568462 0,12673462 2,46201923 5,21397577 0,51821923 0,70111154 0,66441923 0,77187654 0,20094231 0,14858462

Ошибка на экзаменующей выборке, (арифметическое среднее по 1000 независимым запускам), % 2,79741058 4,43588868 0,39471273 0,22960702 4,03406587 7,05540802 0,92751405 1,57590169 0,68126405 2,15550000 0,04352281 0,44760202

1,2891

2,0649

Рис. 1. Некоторые рабочие окна программных систем, разработанных автором данной работы 61

Литература 1. Звонков В.Б. Разработка и применение системы IT-SAGA решения задач безусловной, условной однокритериальной и многокритериальной оптимизации при получении новых решений в региональных экономических задачах. / В.Б. Звонков // Интеллектуальные системы и технологии: современное состояние и перспективы. Сборник научных трудов Международной летней школысеминара по искусственному интеллекту для студентов, аспирантов и молодых ученых (Тверь - Протасово, 1-6 июля 2011 г.) – Тверь: Изд-во Тверского государственного технического унивеситета, 2011 – c. 183-195.

2. Zvonkov V.B. Prediction of failure of the hydraulic turbine equipment with use of the combination of evolutionary and neural network models / V.B. Zvonkov / Сборник научных трудов SWorld. По материалам международной научнопрактической конференции «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития ‘2011». Том 16. Экономика, Физика и математика. – Одесса: Черноморье, 2011. – с. 96-98.

3. Звонков В.Б. Извлечение скрытых знаний и закономерностей из данных с использованием интеллектуальных алгоритмов обработки информации / В.Б. Звонков // Научный сборник. Материалы второй международной конференции «Автоматизация управления и интеллектуальные системы и среды», Нальчик: Издательство КБНЦ РАН, 2011, Т.II, секционные доклады – с. 117-121.

Зинченко В.Е., Калиниченко В.П., Лохманова О.И., Зинченко А.В. «КОНЦЕПЦИЯ ВНЕДРЕНИЯ ИНТЕНСИВНЫХ АГРОТЕХНОЛОГИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ «АВИАКОСМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА» Российская академия сельскохозяйственных наук Донской зональный научноисследовательский институт сельского хозяйства Zinchenko V.E., Kalinichenko V.P, Lohmanova O.I., Zinchenko A.V. CONCEPT OF THE INTRODUCTION INTENSIVE AGROTECHNOLOGIES WITH USE THE SYSTEM "AEROSPACE MONITORING" Russian academy of the agricultural sciences State scientific institution Donskoy zonal research institute of the agriculture (GNU Donskoy NIISH Rosselhozakademy) Area of the practical application offered Concepts very perspective in different branch of the agriculture: husbandry, plant growing stock-breeding. In private using possible to use for reception of the features to productivities of the main corn cultures, forecast of the harvest, motivations action on improvement of the fertility of ground and action on stabilizations production grain on regional level.

62

Keywords: Concepts, intensive technologies, cosmic removal, intensive agrotechnologii, dataware. Предложенная «Авиакосмическая система мониторинга» очень перспективна в различных отраслях сельского хозяйства: земледелие, растениеводство, животноводство. В частном применении ее можно использовать для получения характеристик урожайности основных зерновых культур, прогнозов урожая, обоснования мероприятий по улучшению плодородия почвы и мероприятий по стабилизации производства зерна на региональном уровне. Ключевые слова: Авиакосмический мониторинг, геоаналитическая система, космическая съемка, информационное обеспечение, концепция, интенсивные агротехнологии. На период с 2011 по 2015 годы ГНУ Донской НИИСХ Росельхозакадемии заключил Договор № 5-ЛА с «Южным федеральным университетом» для осуществления взаимовыгодного сотрудничества в области научнотехнической, экспериментальной и производственной деятельности на основе «Авиакосмической системы мониторинга». АСМ Ростовской области предназначена для оперативного, периодического и базового наблюдения за состоянием земель сельскохозяйственного назначения с использованием материалов, полученных с помощью авиационных средств дистанционного зондирования, в том числе:  Определения границы полей;  Проведения агрофакции (учет природных и почвенных условий, а также степени эродированности земель, рельефа и формы склонов);  Аэрофотосъемки;  Картографирования;  Анализа состояния растительного покрова на землях сельскохозяйственного назначения;  Наблюдения за состоянием основных сельскохозяйственных культур;  Контроля общего состояния сельскохозяйственных земель;  Обнаружения очагов наличия биологических объектов (вредителей сельскохозяйственных культур, насекомых, грызунов, мышей и т.д.);  Контроля всхожести посевов;  Раннее прогнозирование урожайности озимых культур; Сотрудничество в области космического исследования земель сельскохозяйственного назначения мы будем осуществлять с «ООО ЦентрПрограммСистем» г. Белгород по нижепредставленным этапам: 1. Оцифровать границы сельскохозяйственных угодий (RapidEye, 5 м.); 2. Собрать информационные данные по всем муниципальным образованиям Ростовской области (в базу «АгроУправление»); 3. Создать тематические карты по типам сельскохозяйственных культур; 4. Определить проблемные участки с нарушением землепользования; 63

5. Передать готовые базы данных в каждое муниципальное образование; 6. Создать новые цифровые карты районов в разрезе полей, хозяйств. Вопросы, которые можно решить с помощью вышеупомянутого сотрудничества: • Создание «Авиакосмической системы мониторинга» оперативного, периодического и базового наблюдения за изменением качественного и количественного состояния земель сельскохозяйственного назначения с использованием материалов дистанционного зондирования (ДЗ).

• Фотографическая обработка космических снимков с помощью программы ИНФО. В наличии имеется большой массив архивных снимков, который может оказать существенную помощь. Если взять, например, снимки Landsat 90-х гг. и провести их сравнение с современными, то несложно выявить земли, пришедшие в негодность, и которые невозможно вернуть в оборот без громадных финансовых вложений.

• Создание ситуационного центра, важнейшими задачами которого будут, с помощью данных ДЗЗ в аграрном секторе экономики института, являться инвентаризация сельхозугодий и создание специальных тематических карт. (сельхозугодья брошенные, засоренные, зарастающие (в т. ч. и лесной) растительностью) • Получение оперативной информации попольно и точечно с помощью визуализации данных системы ТТС. TTSystems — инновационная компания в области разработки и промышленного изготовления оборудования для визуализации пространственных данных на основе multitouch технологий, которые обеспечивают уникальные возможности для интерактивной работы с любой специализированной ГИС, текстовыми таблицами и графическими 3D объектами. Форма завершения работы: - четырехкратная съемка (в год), которая обеспечит наблюдение за динамикой развития сельскохозяйственных культур и прогнозирование урожайности; - оценка посевных площадей основных сельскохозяйственных культур, в том числе, озимых культур; оперативная оценка состояния озимых колосовых в периоды осенней вегетации, ранневесенней вегетации, предуборочный период от уровня региона в целом до уровня отдельных хозяйств (Зинченко В.Е., Повх В.И., Калиниченко В.П., 2004); - оценка состояния зерновых культур в летне-осенний период послужат базой для моделирования возможной урожайности на будущий год. Для оценки урожайности используются статистические эмпирические зависимости между индексом вегетации и урожайностью зерновых, найденные по ретроспективным данным. (Найденная зависимость, позволит оценить будущую урожайность озимой пшеницы по сортам). (Повх В.И., Шляхова Л.А., Гарбузов Г.П., 2006).

64

Основные задачи: 1) Картографическое определение границ сельскохозяйственных угодий. Инвентаризация кадастра сельскохозяйственных земель. 2) Формирование регионального информационного ресурса по мониторингу земель сельскохозяйственного назначения способного предоставлять данные в исторической перспективе. 3) Определение агроэкологического состояния и использования сельскохозяйственных земель (параметры плодородия почв и развитие процессов их деградации). 4) Ведение реестра плодородия почв. 5) Своевременное выявление изменений состояния земель сельскохозяйственного назначения, оценка этих изменений, прогноз и выработка рекомендаций по предупреждению и устранению последствий негативных процессов, повышению плодородия сельскохозяйственных угодий. 6) Авиакосмический мониторинг севооборотов, сельскохозяйственных посевов (оценка всхожести, засоренности, степени выживаемости озимых и степени созревания основных сельскохозяйственных культур).

7) Прогнозирование характеристик урожайности. 8) Оценка ущерба от природных катаклизмов и болезней. 9) Контроль метеоусловий на основе спутникового мониторинга (снежный покров, заморозки, осадки и т.д.). 10) Планирование объемов государственного субсидирования на основе планового расчета областной производственной программы. 11) Авиакосмический мониторинг сельскохозяйственной деятельности на территории субъекта, получение независимой и объективной информации об объемах урожая, собранных в тех или иных хозяйствах. 12) Обеспечение доступа юридических и физических лиц к информации о состоянии земель сельскохозяйственного назначения. 13) Привлечение частного капитала к использованию продуктов космической съемки системы сверхвысокого разрешения. 14) Создание аналитического информационного центра дистанционного зондирования земли сельскохозяйственного назначения. С внедрением геоаналитической системы «Агроуправление» (Кононов В.М., 2011) и системы «Авиакосмического мониторинга» мы начали проводить на полях агрополигона п.Рассвет. Нами проведена этапная работа, в результате которой получены следующие данные: 1) Определение четких границ полей. 2) Выявление нарушений в структуре севооборотов (2001-2011 гг.). 3) Создание электронной карты полей п. Рассвет, Аксайского района, Ростовской области. 4) Сбор информации о полях. 5) Формирование центральной геоаналитической базы данных. 6) Создание тематических картограмм; мониторинг землепользования, севооборотов, плодородия почв и др. 7) Раннее прогнозирование урожайности озимой пшеницы по сортам. Построение «Авиакосмической системы мониторинга» обеспечивает: Максимальную интеграцию объектов карты с базой данных, хранящей аналитическую информацию; автоматическое построение цветных тематических карт: севооборот, урожайность, содержание N,P,K, гумуса как 65

для фактических данных, так и для плановых; визуализацию оперативных данных о ходе сельскохозяйственных работ; печать различных карт по участкам, полям, хозяйствам, районам; полную интеграцию с ГИС «Профессиональная ГИС карта 2011-2012годы». Выводы: Авиакосмическая система мониторинга земель сельскохозяйственного назначения обеспечивает автоматизированное построение тематических геоинформационных данных, которые импортируются в систему и позволяют решать следующие задачи: картографирование пахотных земель и оценка их динамики; оценка посевных площадей по типам сельхозкультур; мониторинг развития и оценка состояния основных сельскохозяйственных культур; оценка биологической продуктивности и прогноз урожайности; контроль метеоусловий (снежный покров, заморозки, осадки и т.д.); контроль чрезвычайных ситуаций и оценка их последствий (сельхозпалы, наводнения, засухи); обнаружение очагов наличия биологических объектов (вредителей сельскохозяйственных культур, насекомых, грызунов, мышей и т.д.); учет природных и почвенных условий, а также степени эродированности земель, рельефа и формы склонов; контроль общего состояния сельскохозяйственных земель с учетом неиспользуемых участков земель муниципальных образований. В создании региональной информационной системы «аэрокосмический мониторинг земель сельскохозяйственного назначения» большую роль играет Министерство сельского хозяйства Ростовской области. Литература 1 Джордан Л. Роль государственных исследований в области дистанционного зондирования и геоинформационных систем. Сельское хозяйство переходит на космические рельсы. Компания «ERDAS».США, Телеком Техника Интеграция, версия для КПК, 2010.

2 Зинченко В.Е., Повх В.И., Калиниченко В.П. Управление плодородием почв на основе дистанционного зондирования агроландшафтов Ростовской области / Актуальные проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса. Материалы Международной научно-практической конференции 1-4 февраля 2005 г. п. Персиановский, 2005. с. 21-24.

3 Повх В.И., Шляхова Л.А., Гарбузов Г.П. Космический мониторинг сельскохозяйственных угодий Ростовской области // Исследование Земли из космоса. 2006. №3. с. 89-96.

4 Кононов В.М. Опыт создания регионального геоинформационного ресурса мониторинга земель сельскохозяйственного назначения Краснодарского Края, Журнал «Геоматика», №3. 2011г. С.62-63.

66

Зинченко В.Е., Кононов В.М., Лохманова О.И., Нефедьев Л.В., Плотников Д.Е., Жарко В.О. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЯ И РАЗМЕЩЕНИЯ КУЛЬТУР В РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ Донской НИИСХ Россельхозакадемии, Ростов, Россия Институт космических исследований РАН, Москва, Россия ООО «ЦентрПрограммСистем», Белгород, Россия Zinchenko V.E., Kononov V.M., Lohmanova O.I., Nefedjev L.V., Plotnikov D.E., Zharko V.O. ARABLE LANDS MONITORING IN ROSTOV REGION BY THE USE OF SATELLITE REMOTE SENSING DATA State scientific institution Donskoy zonal research institute of the agriculture, Russian academy of the agricultural sciences, Rostov, Russia Space Research Institute, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia “CentreProgramSystems”, LLC, Belgorod, Russia Эффективное использование сельскохозяйственных угодий и, прежде всего, пахотных земель является актуальной государственной задачей. Огромные площади сельскохозяйственных земель, пригодных для сельскохозяйственного производства, с одной стороны, и недостаток финансовых средств и кадров на местах для организации ежегодных наземных наблюдений за целевым использованием каждого поля, с другой стороны, формируют потребность в применении технологий дистанционного мониторинга сельскохозяйственных угодий. Целью данной работы было проведение мониторинга землепользования и размещения посевов подсолнечника на землях двух муниципальных районов Ростовской области с использованием спутниковых данных MODIS. Для проведения мониторинга землепользования использовали спутниковые данные MODIS за предыдущий десятилетний период и за текущий год. Сервис «Вега» Института космических исследований РАН был использован для проведения анализа значений вегетационного индекса растительности внутри оцифрованных полигонов в исторической перспективе, что позволило с высокой степенью достоверности выявить поля, отличающиеся друг от друга по активности хозяйственной деятельности. Далее, эти данные передавались в геоаналитическую систему «АгроУправление» для создания тематических карт, на которых можно видеть не только поля, используемые или, наоборот, неиспользуемые в сельскохозяйственном производстве, но и выявлять зональности с пониженной активностью землепользования. Распознавание подсолнечника на конкретных полях было проведено на основе сравнения динамики вегетационного индекса (PVI) тестовых полей, где 67

по данным наземных наблюдений был посеян подсолнечник, с анализируемыми полями. В результате, были определены поля с подсолнечником, сумма площадей которых отличалась от площади посева подсолнечника, зафиксированной в отчетах сельхозтоваропроизводителей. Для снижения неопределенности по посеву сельскохозяйственных культур используется информация по структуре посевных площадей, занесенная в базу данных геоаналитической системы «АгроУправление». Сравнение данных из двух информационных источников позволяет создать два массива данных: - поля, по которым информация о размещении подсолнечника, полученная и со спутника и от сельхозтоваропроизводителей, совпадает - поля, по которым информация о размещении подсолнечника, полученная со спутника и по отчетам сельхозтоваропроизводителей, не совпадает. В результате производится отбор полигонов из общей массы полей, данные о размещении подсолнечника на которых требуют дополнительного уточнения. При этом основное внимание специалистов управлений сельского хозяйства должно быть уделено полям, имеющим наибольшую площадь, по которым целесообразнее всего уже непосредственно на месте осуществлять контроль правильности отчетов хозяйствующих субъектов о проведении посевных работ и соблюдении ими севооборотов Таким образом, внедрение в практику государственного и муниципального управления сельскохозяйственными землями космических и геоинформационных технологий на основе использования сервиса «Вега» и геоаналитической системы «АгроУправление» обеспечивает независимый, объективный контроль использования земель, как в части вовлечения их в сельскохозяйственный оборот, так и в отношении размещения на полях конкретных сельскохозяйственных культур.

Златов А.С., Полищук В.А., Баранов А.В., Федоров А.В. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ МЕТОК НА ОСНОВЕ НАНОРАЗМЕРНЫХ СТРУКТУР ДЛЯ СИСТЕМЫ ЗАЩИТНОЙ МАРКИРОВКИ Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург, Россия Zlatov A.S., Polischuk V.A., Baranov A.V., Fedorov A.V. APPLICATION PROSPECTS OF FLUORESCENCE NANODIMENSIONSIZE STRUCTURE FOR PROTECTIVE LABELS National research university of information technologies, mechanics and optics, Saint Petersburg, Russia 68

Рассматривается возможность применения наноразмерных структур для маркировки различных объектов. В качестве таких структур могут быть использованы люминесцирующие квантовые точки из различных материалов. Сегодня абсолютное большинство созданных человеком объектов содержат метки, которые можно разделить на информационные и защитные. Большая часть меток служат просто для хранения информации об объекте, на котором она находится, существенной для организации учета, хранения и оборота различных предметов. Другая часть меток необходима для защиты объектов от несанкционированных действий: товары в магазине - от хищения, посылки на почте – от неправильной обработки, ценные изделия – от подделок. В настоящее время большинство информационных меток, штриховых или точечных, печатаются на этикетках и коробках обычными принтерами и считываются специальным сканером или камерой мобильного телефона. В силу простоты и дешевизны способов создания, нанесения и считывания таких меток, относительно редко встречаются информационные метки, созданные другими способами. Из-за широкого разнообразия требований, часто противоположных, предъявляемых к характеру охраны, не удается создать достаточно универсальные защитные метки. Например, у широко распространенных радиометок (RFID) возможность их быстрой дезактивации в одних задачах – безусловный плюс, в то время как в других – огромный минус. Поэтому сейчас существует множество технологий создания защитных меток, каждая из которых рассчитана на свою узкую нишу. Так, для необходимости массовой защиты с возможностью быстрой и удалённой идентификации защищенных меток (например, товаров на складе или в магазине), отлично подходят RFIDметки. Они могут легко считываться вне прямой видимости и при необходимости легко дезактивируются. При необходимости защиты важных товаров или ценных документов от подделки обычно используются водяные знаки, микротекст, голографические или люминесцентные метки. Такие метки обычно не обладают большой информационной емкостью, их невозможно считать вне прямой видимости, часто бывает трудно обнаружить и обычно невозможно уничтожить, не повредив при этом защищаемый ими документ. Однако водяные знаки и микротекст в последние десять лет «благодаря» широкому распространению цветных принтеров с высоким разрешением печати научились легко подделывать. Голографические метки долгое время считались чрезвычайно надежными из-за того, что для их производства и копирования требуется дорогое оборудование. Оборудование для печати голографических меток до недавнего времени было распространено слабо, и в случае подделки всегда можно было без особого труда выявить место, где поддельные метки были изготовлены. Однако из-за широкого применения голографических меток оборудование для их печати значительно подешевело и стало гораздо распространеннее. Проблема осложняется ещё и тем, что подлинность 69

голографической метки всегда определялась визуально, по качеству ее исполнения, а оборудование для считывания голографических меток чрезвычайно сложное, громоздкое и дорогостоящее, из-за чего редко применяется. В связи с уменьшением надежности голографических меток значительно возрос интерес к люминесцентным меткам, применяемым для защиты ценных объектов. Такие метки также невозможно считать вне прямой видимости и для их печати требуется специализированное оборудование. В то же время для таких меток можно создать специальные портативные и относительно дешевые считывающие сканеры. Люминесцентные метки могут быть скрытыми, потому что они внедряются прямо в защищаемый предмет или упаковку и не являются для них инородным наклеиваемым объектом, как, например, метки RFID. На основе люминофоров возможно создание набора самых различных люминесцентных меток – от тонкопленочных структур различного цвета, защитных нитей и волокон, тонких пленок, с поляризованной люминесценцией и выраженной зависимостью цвета люминесценции от угла наблюдения, до динамических маркеров, люминесцирующих или меняющих цвет люминесценции за счет пьезоэффектов (таких как изгиб или давление) или изменения условий освещения (цвет, поляризация или угол падения света). В настоящее время в качестве люминофоров у таких меток обычно используются люминесцирующие органические красители и микрочастицы, допированные редкими землями. Однако они обладают рядом существенных недостатков при создании меток, основными из которых являются резкое уменьшение и так невысокого квантового выхода при их введении в различные среды, необходимость использования сложных источников света для возбуждения этих люминофоров, быстрое выцветание меток и невозможность создания меток для ИК области - спектра с длиной волны люминесценции более 1 мкм. Эти недостатки легко преодолеваются в случае использования полупроводниковых нанокристаллов (квантовых точек), которые при комнатной температуре обладают высокими коэффициентами поглощения в широкой спектральной области, большим квантовым выходом люминесценции в узкой спектральной полосе и фотостабильностью на 2-3 порядка выше, чем таковая у известных органических люминесцентных меток. Благодаря этому и, особенно, изза рекордной фотостабильности, позволяющей сильно увеличивать интенсивность возбуждения, яркость свечения квантовых точек более чем на порядок выше, чем у лучших органических люминофоров. Малость размеров нанокристаллов, которые сопоставимы с размерами биомолекул, позволяют получать равномерное распределение квантовых точек в клеевых и полимерных композициях, используемых в существующих технологиях. В отличие от традиционных люминофоров, изменение «цвета» люминесценции нанокристаллов в широком спектральном диапазоне достигается изменением их размера (в пределах 2-10 нм) при близком химическом составе, что позволяет использовать одинаковые технологии внедрения нанокристаллов разных «цветов» в выбранный композитный материал. Это приводит к тому, что полупроводниковые люминофоры такие метки 70

полностью устраняют отмеченные выше недостатки используемых сейчас в люминесцентных метках органических и редкоземельных люминофоров. В таблице произведено сравнение основных характеристик различных защитных меток. Таблица. Сравнение характеристик различных меток. Точечные коды

RFID (пассивные метки без собственного источника питания)

Люминесцентные метки на основе органических или редкоземельных красителей

Метки на основе люминесцирующих квантовых точек

Чтение без прямой видимости метки

Невозможно

Возможно

Невозможно

Невозможно

Объём памяти, байт

До 100 (одномерные) До 2048 (двумерные)

От 10 до 10 000

От 1 до 1 000 (в зависимости от устройства метки)

От 1 до 10 000 (в зависимости от устройства метки)

Нет

Есть

Нет

Нет

До 10 (зависит от размера)

До 10

До 10 (зависит от размера)

До 100 (зависит от размера)

Зависит от считывателя

До 200 меток в секунду

Зависит от считывателя

Зависит от считывателя

Низкая

Зависит от материала, на который наносится

Возможность перезаписи данных Дальность регистрации, м Одновременная идентификация нескольких объектов

Зависит от материала, на который наносится Более 10 (зависит от материала, на который наносится) Подделать возможно

Более 10

Не более 5

Более 10 (зависит от материала, на который наносится)

Подделать сложно

Подделать сложно

Подделать сложно

Возможно

Невозможно

Возможно

Возможно

Высокая

Очень слабая

Высокая

Высокая

Да

Да

Да

Да

Размер меток

Малый и сверхмалый

Средний и малый

Сверхмалый и средний

Стоимость

Низкая

Средняя

Средняя

Малый и сверхмалый Низкая и средняя (зависит от сложности метки)

Устойчивость к воздействиям окружающей среды

Срок жизни метки, лет Возможность создания подделки Чтение повреждённой метки Стойкость к электромагнит-ным помехам Использование компактных ручных терминалов для идентификации

Высокая

71

Как видно из приведённой выше сравнительной таблицы, характеристики меток, созданных на основе люминесцирующих квантовых точек, суммарно заметно превосходят характеристики меток, производимых по другим технологиям и использующихся в качестве защитных. Таким образом, люминесцентные метки на основе наноразмерных структур хорошо подходят для создания системы защитной маркировки, а высокая временная стабильность их характеристик и возможность производства меток в промышленных объёмах способны сделать такие системы защиты массовыми. Литература 1 EPCglobal Information Paper on Health & Science Aspects of RFID, EPCglobal, January 2007, 3 p.

2 Health Industry Bar Code (HIBC) supplier labeling standard, U.S. Department of Health & Human Services, 2009, 36 p.

3 A.V. Baranov, V.G. Davydov, A.V. Fedorov, H.W. Ren, S. Sugou, and Y. Masumoto. Heterostructure optical phonons in dynamics of quantum dot electronic excitations: new experimental evidences. Proceedings of SPIE 5023, 247-250 (2003).

4 А.О. Орлова, В.Г. Маслов, Ю.А. Топорова, Е.В. Ушакова, А.В. Федоров, М.В. Артемьев, А.В. Баранов. Пленочный люминесцентный наносенсор на основе комплекса квантовая точка-органическая молекула. Российские нанотехнологии, 5(1-2) 61-66 (2010).

Зорин А.В., Петров А.А. СИСТЕМА МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРЫ ГЛУБОКИХ КАРЬЕРОВ Учреждение Российской академии наук Горный институт Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия Zorin F.V., Petrov A.A. THE SYSTEM OF MONITORING THE ATMOSPHERE OF DEEP CAREER Establishment of the Russian academy of sciences Mining institute of the Kola science center RAS, Apatity, Russia В связи с увеличением глубины карьеров одной из центральных проблем при разработке месторождений открытым способом является обеспечение нормативных характеристик состава атмосферы в карьере. Основной причиной сверхнормативного загрязнения атмосферы карьеров является ухудшение условий естественного воздухообмена, особенно при штилях и температурной инверсии, когда турбулентный воздухообмен выработанного пространства с окружающей природной средой затрудняется.

72

Главными источниками загрязнения внутрикарьерной атмосферы являются технологическое дизельное оборудование и проведение массовых взрывов. Для своевременного принятия мер, обеспечивающих безопасность персонала, и снижения загрязнения природной среды, необходима разработка методик прогноза метеоусловий, формирующих обстановку состояния атмосферы в карьере. Необходимым условием для успешной разработки методик таких прогнозов является получение метеорологической информации непосредственно о состоянии внутрикарьерной атмосферы. Создание мониторинговой сети метеорологических наблюдений позволит получать основные метеорологические параметры непосредственно в атмосфере карьера. В Горном институте разработана система мониторинга состояния атмосферы внутрикарьерного пространства. Система внедрена на карьере рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК» для изучения особенностей внутрикарьерной циркуляции воздуха в зависимости от глубины карьера, производственной деятельности и метеоусловий. В состав метеорологической сети входят пункты сбора метеоданных, расположенных на соответствующих горизонтах и центральный сервер хранения и обработки данных. Сервер основан на современном персональном компьютере под управлением операционной системы Linux. Каждый пункт включает в себя автоматический преобразователь метеоданных WXT520 (фирма изготовитель «Vaisala Oyj», Финляндия), приемо-передающее устройство для беспроводной передачи информации на сервер обработки метеоданных, 12-ти вольтовый блок питания, антенну определенного типа направленности в зависимости от расположения пункта сбора метеоданных относительно сервера. Базовым приборным обеспечением разработанной метеорологической сети является преобразователь метеоданных WXT520, который представляет собой компактный мультисенсорный прибор для измерения метеорологических параметров (скорость и направление ветра, осадки, атмосферное давление, температура и относительная влажность воздуха). Для автоматической беспроводной передачи информации было разработано приемопередающее устройство на основе радиомодема РМД-400, которое, одновременно с передачей данных, выполняет функцию телеметрического контроллера. Устройство переводит в бинарный вид информацию, поступившую от преобразователя WXT520, упаковывает её и по радиоканалу передает на сервер. Также приемопередатчик имеет свою внутреннюю энергонезависимую EEPROM память, в которой временно сохраняются данные в случае отсутствия или неустойчивости радиосвязи в виду различных факторов. Каждый пункт сбора данных в метеорологической сети имеет свой идентификационный номер, по которому осуществляется адресация пакетов данных в метеорологической сети. Приемопередатчики пунктов сбора 73

метеоданных постоянно находятся в режиме прослушивания радиоэфира, и в случае поступления запроса с соответствующим адресом пункта, приемопередающее устройство отправляет ответ. Сервер определяет запросы и передает их в эфир, соблюдая очередность и адресацию пакетов данных. Метеорологическая сеть имеет конфигурацию - «звезда» (рис. 1).

Рисунок 1 - Топологическая схема метеорологической сети

Отсутствие конвективных вертикальных потоков воздуха и штилевые условия или слабые воздушные потоки местного замкнутого происхождения, т.е. те случаи, когда нет массообмена воздушной среды карьера с окружающей его атмосферой, являются основными факторами, препятствующими естественному проветриванию внутрикарьерного пространства. Система мониторинга метеоусловий атмосферы карьера позволит наблюдать и выявлять закономерности возникновения данных явлений. Кванталиани И.Э. ПРАВОВОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОММЕРЦИАЛИЗАЦИИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ Российский университет дружбы народов, Москва, Россия Kvantaliani I.E. LEGAL SUPPORT COMMERCIALISATION OF INTELLECTUEL PROPERTY Peoples’ Friendship University of Russia, Moscow, Russia

74

Проблемы правого обеспечения института «интеллектуальной собственности», а также коммерциализации интеллектуальной собственности, различия в определении данного понятия в российском и иностранном патентном праве, недостатки действующего российского законодательства, а также отсутствие экономических механизмов и традиций управления интеллектуальной собственностью в целом являются предметами дискуссии многих практикующих юристов. Урегулирование прав на интеллектуальную собственность особенно важно в наше время для развития связей между наукой, промышленностью, экономикой и многими сферами общественной жизни. В России используется от 8 до 10% инновационных идей и проектов, в Японии – 95%, в США – 62% [4]. Четкая выработка механизма закрепления прав на интеллектуальную собственность для последующей коммерциализации ее объектов происходит при формировании национальной инновационной системы. С 1992 по 2003 года в Российской Федерации был принят пакет законов, указов и подзаконных актов, сформировавших основные законодательные условия охраны прав на объекты интеллектуальной собственности. В принятом пакете законов предусматривалась возможность обеспечения правовой охраны тех объектов интеллектуальной собственности, которые были защищены охранными документами в СССР. Так, на территории Российской Федерации признавалось действие ранее выданных охранных документов СССР на изобретения и промышленные образцы [1], а также на товарные знаки и знаки обслуживания [2]. В отличие от мировой практики, в отечественном законодательстве не разработан вопрос о принципиальных подходах государства к закреплению прав на результаты НИОКР, финансируемых из средств государственного бюджета, отсутствуют и механизмы вовлечения такой собственности в хозяйственный оборот. Более четко позиция государства в этом вопросе начала прослеживаться в нормативно-правовых актах 1998-2002 гг. [3]. Опыт развитых стран свидетельствует о том, что коммерциализацией НИОКР должны заниматься специалисты в области передачи технологий, работающие в специально образованных для этих целей структурах. В большинстве зарубежных университетов действуют офисы по лицензированию и трансферу технологий - специализированные отделы по передаче технологий: Technology Licensing Offices - TLO, Technology Transfer Offices - (TTO), как их называют в США, или отделы по связи с промышленностью: Industrial Liaison Offices - ILO, как их называют в Великобритании. Зарубежный опыт правового и экономического регулирования в сфере интеллектуальной собственности и трансфера технологий представляет интерес не только в области создания специализированных отделов по передаче технологий. Принципиально важное значение имеет выработка общего подхода к определению правообладателя, решению проблем закрепления прав на ИС и ее коммерциализации. В последнее десятилетие в большинстве развитых стран наблюдается тенденция закрепления прав на интеллектуальную собственность, 75

создаваемую за счет государства, непосредственно за университетами и другими неприбыльными научными организациями. Защита НИОКР — важнейшая задача любых предприятий, поскольку без правовой защиты они легко могут стать жертвами конкурентов. При публикации сведений о новых разработках или выпуске продукта на рынок без патентной защиты конкурент получает возможность сэкономить время и средства на НИОКР и, за счет этого, получить дополнительную прибыль. Более того, он может неожиданно запатентовать нужную разработку, что поставит под угрозу выпуск продукции на предприятии, первоначально владевшем ею. Правовая охрана объектов интеллектуальной собственности обеспечивается на основе патентного законодательства, законодательства по защите от недобросовестной конкуренции (права на коммерческую тайну), авторского права, законодательства о средствах индивидуализации [5]. Литература 1. П.3 Постановления Верховного Совета РФ «О введении в действие Патентного закона РФ» N 3518-1 от 23.09.92.

2. П.4 Постановления Верховного Совета РФ «О введении в действие Закона РФ «О товарных знаках, знаках обслуживания и наименованиях мест происхождения товаров» N 3521-1 от 23.09.93.

3. Указ Президента РФ «О правовой защите результатов научноисследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ военного, специального и двойного назначения» N 556 от 14.05.98. В его исполнение было принято постановление Правительства РФ «О первоочередных мерах по правовой защите интересов государства в процессе экономического и гражданско-правового оборота результатов научноисследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ военного, специального и двойного назначения» N 1132 от 29.09.98.

4. Иванов М., Иванова Р. Становление института интеллектуальной собственности - необходимое условие сохранения научно-технического потенциала России. Науковедение, 2002, N 2, С. 60.

5. В. В. Глухов, С. Б. Коробко, Т. В. Маринина. Экономика знаний. - СПб.: Питер, 2003. С. 156.

76

Кузнецов Д.В. Чижов А.А. Морозова Х.И. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ РЯДОВ ВОЛЬТЕРРА Московский Государственный Технологический Университет «Станкин», Москва, Россия Kuznetsov D.V. …

IMPROVING OF THE EFFICIENCY OF MODELING OF NONLINEAR TECHNICAL SYSTEMS BASED ON THE APPLICATION OF VOLTERR’S FUNCTIONAL SERIES Moscow State University of Technology “Stankin”, Moscow, Russia Традиционным средством построения математических моделей динамических объектов является аппарат дифференциальных уравнений. При исследовании современных машиностроительных систем, характер поведения которых подчиняется сложным нелинейным законам, классические приемы построения математических моделей оказываются трудно применимыми из-за большой размерности решаемой задачи. Поэтому чаще всего при описании динамических систем ограничиваются их представлениями в виде линейных моделей; нелинейные элементы линеаризуются, что, естественно, приводит к упрощению расчетов и одновременно к утрате некоторых характерных свойств изучаемых объектов. Процесс построения математической модели в этом случае заключается в регистрации выходного процесса системы на тестирующие возмущения специального вида. При построении модели Вольтерра на вход подают последовательности импульсных воздействий, при этом реакция системы совпадает со значениями соответствующих ядер. Расчет реакции математической модели, заданной в виде функционального ряда Вольтерра, на произвольное воздействие сводится к вычислению некоторого количества многомерных интегралов. В связи с этим целесообразно применять в расчетах многомерные интегральные преобразования Лапласа или Фурье [1]. Применение интегральных преобразований Лапласа и Фурье позволяет упростить процесс исследования временных и частотных характеристик технических систем. Причем, в случае идентификации ядер функционалов Вольтерра по экспериментальным данным чаще всего характеристики представляют собой дискретно-заданные функции многих переменных, следовательно, для их анализа применяют многомерные дискретные преобразования Фурье. Такое упрощение наиболее существенно для стационарных систем и достигается за счет алгебраизации вычислений, т.е. за счет перехода от интегралов и сумм во временной области к произведениям в

77

комплексной области с последующим обратным преобразованием и переходом во временную область. Для разработки методов расчета многомерных дискретных преобразований Фурье повышенной точности эффективно использовать приближение дискретных функций многих переменных с помощью степенных рядов или многомерной линейной интерполяции. Первый способ предполагает приближение дискретно-заданных динамических характеристик степенным рядом на всем исследуемом промежутке времени. Это позволяет производить расчет прямого и обратного преобразования любой размерности аналитически. Второй способ использует многомерную линейную интерполяцию для приближения функции на каждом шаге дискретизации, что также может применяться для расчета преобразований Фурье произвольной размерности. Однако поиск коэффициентов приближающих полиномов при использовании многомерной линейной интерполяции сводится к решению системы линейных алгебраических уравнений. Отмечается существенное повышение достоверности моделирования по критерию среднеквадратического отклонения при использовании степенных рядов и многомерной линейной интерполяции для приближения дискретно-заданных функций [2]. Также отмечается высокая эффективность применения функциональных рядов для моделирования процесса формирования управляющих сигналов в системах самонаведения (ССН) на примере головки самонаведения (ГСН) с гироскопической стабилизацией. Следует отметить, что качественное моделирование процесса формирования управляющего сигнала в ССН является неотъемлемым условием при проектировании маневренных ЗУР (зенитная управляемая ракета), предназначенных для поражения высокоподвижных целей. Т.к. даже незначительные отклонения от запрограммированных параметров влекут за собой увеличение амплитуды и частоты колебаний ЛА (летательный аппарат) и, как следствие, повышенные перегрузки и снижение скорости. В настоящее время для моделирования процесса наведения ЛА используются линеаризованные модели ССН с последующим анализом и доработкой опытных образцов и математический аппарат, описанный выше, является весьма эффективным инструментом для решения проблемы высокоточного самонаведения. Литература.

1. Вольтерра В. Теория функционалов, интегральных и интегродифференциальных уравнений. - М.: Наука, 1982. Стр. 280.

2. Заде Л., Дезоер Ч. Теория линейных систем. - М.: Наука, 1970. Стр. 208.

78

Кутбитдинов С.Ш., Лохмотко В.В.* МОДЕЛЬ ОБСЛУЖИВАНИЯ ПРИОРИТЕТНЫХ ПОТОКОВ В РЕЖИМЕ «ВКЛЮЧЕНВЫКЛЮЧЕН» ДЛЯ БИЗНЕСПРИЛОЖЕНИЙ Государственное унитарное предприятие «UNICON.UZ», Ташкент, Узбекистан *Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, Санкт-Петербург, Россия Kutbitdinov S.Sh., Lokhmotko V.V.* THE MODEL OF PRIORITY FLOWS SERVICE IN «ONOFF» MODE FOR BUSINESS APPLICATIONS The State Unitary Enterprise "UNICON.UZ", Tashkent, Uzbekistan *The Bonch-Bruevich Saint-Petersburg State University of Telecommunications, Saint-Petersburg, Russia Практика показывает, что слишком продолжительные или частые всплески сетевой нагрузки, попытки большого количества клиентов одновременно подключиться к серверу нарушают баланс между рабочим потоком и пропускной способностью, что приводит к заторам в буферах маршрутизаторов и зависанию файловых серверов. Обобщенных аналитических результатов исследования влияния программных прерываний и сбоев, технологических перерывов и отказов на свойства самоподобности (масштабной инвариантности) и долговременной зависимости сетевого трафика нет, а применение известных моделей осложняется расчетом параметра формы закона распределения и интерпретацией результатов. В основу предлагаемого подхода к моделированию стохастики сетей с очередями и самоподобным трафиком положено преобразование простой экспоненты exp[t] в модифицированную exp[t/], сохраняющую достоинства классического экспоненциального распределения. Рассматривается ON/OFFрежим работы сервера, характеризующийся непрерывной работой источников нагрузки и периодически возникающими блокировками с вероятностью появления off и средней продолжительностью Toff интервала «выключен», off + on = 1. Предполагается стационарность, статистическая независимость и структурированность сетевых процессов (сессий, транзакций), допускающие формализацию звена IPсети классической Рприоритетной однолинейной СМО типа M р / G р / 1 /  [1] с многомерным пуассоновским входящим потоком, произвольным законом обслуживания и неограниченным накопителем. Для экспоненциального закона распределения времени обработки запросов и длительности OFFинтервалов с предоставлением последним старшего (фиктивного, р = 0) приоритета с

79

параметрами 0 = off и 1/μ0 = Toff среднее время доставки пакета (передача+буферизация+ожидание окончания OFFинтервала)   1/  p (on   p )   off Toff   i i 1 i , Tp  ( on   p )(on   p 1)

p 1, P ,

(1)

p

где:      суммарная загрузка потоками до рго включительно, p i i 1

ρi = λi /μi ; 1/ μp  среднее время передачи пакета рго приоритета. Переменные:  = 1   p  1 и  = P  для дисциплины без прерывания обслуживания (относительный приоритет);  = 1 и  = p  для дисциплины с прерыванием и дообслуживанием (абсолютный приоритет);  p  1   p  1  0  при р = 1. Инвариантные к типу приоритета свойства ON/OFFмодели (1):  момент насыщения и перегрузки ρ* = ρon, который наступает раньше, чем в идеализированных системах ρ* <  = 1. Порог ρ* отделяет область, в которой для усеченных распределений математическое ожидание и дисперсия не существуют (нестационарный режим), а расчетные значения сетевых параметров вблизи этой точки (ρ* , →0) не устойчивы к перегрузкам;  вырождение при ρoff = 0 в модели СМО Мр/Мр/1/ и М/М/1/ [1];  пачечность и «растянутый» по сравнению с идеализированными условиями интервал времени между случайными событиями   T p ( off  0) / T p (off  0) получения пакетов;  линейный (приближенно) характер зависимости коэффициента  от параметров ON/OFFрежима и производительности процессора μ, при P = 1 равный   1  off Toff ;  непроизводительные потери μрoff пропускной способности и качества обслуживания ( > 1), объясняемые присутствием асимптоты 2 lim Tр  Toff  off  on   0 ,   

, p  1, P ;

При значениях параметров формы  > 1; 0 <  < 1 связанных соотношением   t / ln( n) , t 3 установлена эквивалентность модифицированной экспоненты exp[t/] дополнительной функции  распределения степенного вида t типа Парето [2]. В обоих случаях параметр масштаб неявно присутствует как компонента переменной t . Область применения подобных ON/OFFмоделей – экспресс оценка QoSпараметров в тандеме со стоимостными моделями при инвестиционном

80

проектировании, бизнеспланировании предложений по NGN.

и

подготовке

коммерческих

Литература 1. Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями: Пер. с англ. / Под ред. Б.С. Цыбакова. - М.: Мир, 1979. - 600с.

2. Кутбитдинов С.Ш., Кутбитдинов А.С., Лохмотко В.В. Ускоренный метод расчета показателей качества обслуживания IP–сетей с самоподобным трафиком. «Инфокоммуникации: Сети. Технологии. Решения» 2011. №4. с. 22-27.

Кязумов Ш.А. Гашимов А.М. Бондяков А.С. Мехтизаде Р.Н. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В СВЕРХПРОВОДНИКОВОМ ОГРАНИЧИТЕЛЕ ТОКОВ Институт Физики НАН Азербайджана, Баку, Азербайджан Kazimov Sh.A. Gashimov A.M. Bondyakov A.S. Mehdizadeh R.N. MATHEMATICAL MODELING OF PROCESSING IN SUPERCONDUCTING CURRENT LIMITER Institute of Physics of Azerbaijan Academy of Sciences, Baku, Azerbaijan Используемые в сверхпроводниковом ограничителе токов короткого замыкания (СОТ) сверхпроводящие материалы не являются идеальными сверхпроводниками второго рода. Прежде чем говорить об их переходе в нормальное состояние, вводим понятие критического тока - Iк и тока уставки (перехода в нормальное состояние) - Iу; Iк - условная величина тока, при достижении которой на сверхпроводнике, в зависимости от его типа, появляется падение напряжения 0,1 или 1мкВ/см; Iу - значение тока, при достижении которого почти весь ток из сверхпроводящего материала вытесняется в шунтирующий его нормальный металл. На практике анализ поведения неидеальных сверхпроводников второго рода с током основывается на изучении динамики магнитного потока в них [1,2], физические закономерности которой в усреднённой форме описывают феноменологические модели [3], используемые также для описания экспериментально наблюдаемых вольтамперных характеристик (ВАХ) этих сверхпроводников. Если нелинейный участок ВАХ пренебрежимо мал, то её аппроксимацию можно выполнить с помощью модели вязкого течения магнитного потока: 0, < ∆ сп = ( − ) (1) ≥ где: ∆ сп - удельная величина падения напряжения на сверхпроводнике, В/м; - сопротивление течению тока, Ом; = ( )- значение критического тока, 81

А. В противном случае, когда нелинейный участок ВАХ наблюдается в широком интервале изменения ∆ сп , могут быть использованы степенные или экспоненциальные модели, выглядящие в наиболее простой интерпретации так [4,5]: ∆

сп

∆

=∆ сп

(2)

=∆

−

(3)

где: ∆ сп — удельная величина падения напряжения на сверхпроводнике, при достижении протекающим по нему током критического значения, В/м; , n ток и показатель степени, соответственно, определяющие крутизну нарастания ВАХ. Существуют также отдельные феноменологические модели [6], помимо ВАХ сверхпроводников, частично описывающие их переход в нормальное состояние. Однако с помощью таких моделей не удаётся полностью описать этот процесс с момента появления первых тепловых возмущений в сверхпроводящем материале [7,8] до практически полного вытеснения тока в шунтирующий его нормальный металл, когда, собственно, начинается токоограничивающее действие СОТ. В общем случае, процесс перехода ВТСП проводов второго поколения в нормальное состояние можно представить схемой замещения, состоящей из двух параллельно включенных нелинейных сопротивлений Рис.1, и рассматривать в адиабатическом приближении. Данное приближение допустимо потому, что отвод тепла в жидкий азот за характерные времена перехода в нормальное состояние ВТСП проводов второго поколения крайне затруднён ввиду образования газообразной плёнки с низкой теплопроводностью вблизи нагревающейся поверхности. Поэтому, принимая во внимание вышесказанное, запишем для такого провода нестационарное уравнение теплопроводности при переходе его сверхпроводящего слоя в нормальное состояние: = (4) сп Ср Где: сп - масса погонного метра ВТСП провода, кг/м Ср ( ) = ∙ Ср( ∙ Ср( ) + ∙ Ср( ) ( ) - удельная )( ) + объёмная теплоёмкость ВТСП провода, вклад в которую вносит каждый из слоев, Дж (кг К)-1 = , = , = - соответственно, коэффициенты ∑

∑

∑

заполнения ВТСП слоя, слоя серебра и хастеллоя марки С4. = ∆

сп (

)

=∆

мощность

тепловыделений

в

ВТСП

и

серебряном слоях проводника, Вт/м: ∆ сп ( ) - падение напряжения на ВТСП проводе, описываемое в терминах модели (2), В/м; I- величина тока в цепи, А.

82

Для используемого в секциях токоограничивающего элемента СОТ резистивного типа ВТСП провода SF12050 общей длиной 24м: тсп = 0,0055кг/м; = 1,2×10-8 м2; = 4,8×10-8 м2; = 6×10-5 м2; ∑= 6,6×10-5

Рис. 1 Схема замещения ВТСП проводника второго поколения. Приняв допущение, что провод изолирован от внешнего поля и работает лишь в собственном поле отличном от нуля, влияние которого на величину Ik учитывают экспериментально наблюдаемые ВАХ, численное решение уравнения (4) позволяет оценить время его перехода в нормальное состояние Рис. 2,3 в зависимости от амплитуды, формы и скорости нарастания тока. При этом также следует учесть, что температура перехода в нормальное состояние рассматриваемого ВТСП проводника второго поколения ввиду технологических особенностей его производства ниже критической температуры характерной для соединения YВаСиО и составляет порядка 88К. Отсчёт времени начинается с момента появления первого теплового возмущения в ВТСП проводнике при I > Ik и заканчивается с достижением указанного выше значения температуры.

Рис. 2 Время перехода ВТСП проводника второго поколения.

83

Рис. 3 Время перехода ВТСП проводов второго поколения в нормальное состояние и достигаемая кратность тока в зависимости от скорости нарастания тока. Полученные результаты Рис. 3 наглядно иллюстрируют, что применение СОТ наиболее благоприятно в силовых цепях мощных электроустановок близко расположенных к питающим центрам, где амплитуда ударного тока и даже его установившегося значения слишком велики. Однако при этом возникает необходимость разработки метода определения расхода ВТСП проводника второго поколения в зависимости от величины ограничиваемого СОТ тока короткого замыкания, времени его протекания и, соответственно, температуры перегрева токоограничивающего элемента. Литература 1. Гашимов А.М. Кязумов Ш.А. Бондяков А.С. Сверхпроводники и ограничитель токов короткого замыкания на их основе, “Проблемы энергетики” Баку №3 2011 c.60 2. Кемпбелл А., Иветс Дж., "Критические токи в сверхпроводниках", М.: Мир, 1975, с. 332 3. Романовский B.P. "Автоволновая динамика магнитного потока в неидеальных сверхпроводниках второго рода с различными типами вольтамперных характеристик", Журнал технической физики, 2000, том 70, выпуск 12, с. 48 4. Гуревич A.B., Минц Р.Г., Рахманов A.JI. "Физика композитных сверхпроводников", М: Наука, 1987, с. 240 5. Уилсон М., "Сверхпроводящие магниты", М: Мир, 1985, с. 407 6. Romanovskii V.R., Watanabe K., Awaji S., Nishijima G.and Ken-ichiro Takahashi, "Limiting current-carrying capacity of Ag-sheathed Bi2Sr2CaCu208 conductors: linear approximation", Supercond. Sei. Technol. Vol. 17 (2004), pp. 12421246 7. V.R. Romanovskii and K. Watanabe, "Nonlinear approximation for limiting current-carrying capacity of Ag-sheathed Bi2Sr2CaCu20g conductors", Supercond.

Sci. Technol. Vol. 18 (2005), pp. 407-416 8. Dmitriyev Y.V, Ahmedov Kh., Kazimov Sh.A., Bondyakov A.S., Hasanova S.I. “Novel conception of current fault limiter on high temperature superconductor base” 6th international conference TPE 2010, pp196-198

84

Левитская А.П. ИННОВАЦИОННАЯ ПОЛИТИКА РАЗВИТИЯ РЕГИОНА КАК ФАКТОР ПОВЫШЕНИЯ ЕГО КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ Комратский государственный университет, Комрат, Молдова Levitskaia A.P. INNOVATION POLICY REGION DEVELOPMENT AS A FACTOR IMPROVING ITS COMPETITIVENESS Comrat State University, Comrat, Moldova Современные условия, характеризующиеся глобальной конкуренцией на все более интегрирующихся мировых рынках, диктуют инновационный характер технологического развития и превращение его в решающий фактор повышения конкурентоспособности предприятий, регионов и экономики страны в целом. С 2004 года поддержка научных исследований и разработок, а также стимулирование устойчивого инновационного климата являются стратегическим приоритетом социально-экономического развития Республики Молдова. Поэтому наиболее полным будет такое определение конкурентоспособности региона, которое включает в себя инновационный характер функционирования хозяйственного механизма региона. Следовательно, под конкурентоспособностью региона следует понимать его роль и место в экономическом пространстве страны, способность обеспечить высокий уровень жизни населения и возможность реализовать имеющийся в регионе экономический потенциал (финансовый, производственный, трудовой, инновационный, ресурсно-сырьевой и др.). В июле 2004 года Парламентом Республики был принят Закон – «Кодекс о науке и инновациях», который регламентирует правовые отношения, связанные с разработкой и осуществлением государственной политики в области науки и инноваций, деятельностью в области научных исследований, инноваций и трансфера технологий, научно-технологической информации, аккредитацией организаций в области науки и инноваций, аттестацией научных и научно-педагогических кадров высшей квалификации, защитой интеллектуальной собственности, с правовым статусом субъектов в области науки и инноваций. Основной целью государственной политики в области науки и инноваций является устойчивое социально-экономическое развитие РМ, основанное на стимулировании и максимально широком использовании научного, научнотехнического и технологического потенциала, ориентированного на ценностях открытого демократического общества, для создания и реализации конкурентоспособных и экологически чистых продуктов, услуг, процессов [1]. В целях координации, стимулирования и внедрения механизмов деятельности в области инноваций и трансфера технологий в том же 2004 г. в 85

составе Академии Наук было создано Агентство по инновациям и технологическому трансферу, которое подготовило проект «Стратегии инновационного развития Молдовы на 2012-2020гг». После принятия Парламентом РМ «Закона о научно-технологических парках и инновационных инкубаторах», который предусматривает либеральный режим деятельности, а также налоговые и таможенные льготы, Национальная инновационная система немыслима без рынка прав интеллектуальной собственности [2]. Потенциал данного рынка в Республике Молдова достаточно высок, если принять во внимание, что за 19 лет деятельности Государственного агентства по интеллектуальной собственности (AGEPI) было подано 108 394 заявки на охрану объектов интеллектуальной собственности. Все эти действия привели к следующим результатам глобального индекса инноваций (Global Innovation Index), который провела французская бизнес-школа INSEAD. По результатам ее последнего исследования Молдова занимает 39-е место в мире в ряду самых инновационных стран (два года назад-116 место) и является 25-ой в Европе [3]. Румыния и Украина заняли, соответственно, 50-е и 60-е места. Главными козырями РМ являются динамичная система защиты интеллектуальной собственности, производительность, а также экспорт интеллектуальной собственности. В силу этого РМ и заняла пятое место в мире по индексу эффективности инноваций. Низкие показатели по таким позициям, как: доступ к кредитам, сотрудничеству между университетами и промышленностью по исследованиям и внедрению, венчурному финансированию, грантам и международным проектам, хотя включение Молдовы в 7-ю рамочную конвенцию, несомненно, продвинуло страну в указанном рейтинге. Однако не все так оптимистично выглядит с точки зрения развития инноваций на региональном уровне. Автономно-территориальное образование Гагаузия расположено в южной части Республики Молдова и относится к южному экономико-географическому району страны. На востоке автономия граничит с Одесской областью Украины. Общая площадь территории Гагаузии составляет 1848 км или 5,5% общей территории РМ. Население АТО Гагаузия – 155,7 тыс. чел. Во всех секторах экономики Гагаузии по состоянию на 01.01.2010 года зарегистрировано 6706 экономических агентов, с числом работающих 37,5 тыс. человек. Уровень среднемесячной заработной платы в экономике Гагаузии ниже, чем по РМ на 30,6%. В 2010 г. экспорт товаров из Гагаузии осуществлялся в 43 страны. В общем объеме экспорта на долю 5 стран приходится 63,7% продаж: в Турцию – 23,1%, в Россию – 16,7%, в Польшу – 10,0%, в США – 7,8%, в Беларусь - 6,1% [4]. В настоящее время в АТО Гагаузия не существует четкой региональной политики в области инноваций. Исполкомом Гагаузии был принят еще в 2009 году Закон «Об инновационной деятельности», однако он до сих пор не утвержден Народным Собранием. Разработан также Проект Закона «О промышленном парке Буджак». На рисунке 1 отображена предлагаемая структура инновационной системы Гагаузии. Для финансирования 86

инновационной деятельности Исполнительным Комитетом Гагаузии формируется система бюджетного финансирования через целевой инновационный фонд. Исполнительный Комитет Гагаузии формирует систему льготного налогообложения инновационных предприятий, реализующих инновационные проекты в рамках инновационной программы АТО Гагаузия. Стратегия социальноэкономического развития Гагаузии Программа инновационного развития региона (Экспертный совет по развитию и инновационной деятельности)

Инновационная

инфраструктура

Программа развития элементов инновационной инфраструктуры

Программа развития

Программа развития

инноваций Комратского госуниверситета

инноваций МСП региона

Оценка и отбор инновационных проектов

Инновационноинвестиционный

Финансирование инновационных проектов: Целевой инновационный фонд, средства бюджета, внебюджетные фонды, частные вложения

потенциалрегиона

Рис. 1. Предлагаемая структура инновационной системы АТО Гагаузия. Инновационная политика АТО Гагаузия определяет приоритетные направления инновационной деятельности; технологические приоритеты, приоритетные виды продукции инновационной деятельности; приоритетные объекты инновационной деятельности; формы государственной поддержки субъектов инновационной деятельности; источники финансирования инновационной деятельности; методы экономического и административного регулирования деятельности субъектов инновационной деятельности на основе анализа результатов мониторинга показателей (индикаторов), утвержденных Исполнительным Комитетом Гагаузии. Для формирования инновационной направленности стратегии развития АТО Гагаузия необходимо использовать такие рычаги как: региональное законодательство, налоговые льготы, отвод или предоставление земель в аренду и т.д. Инновационное развитие региона – это сложный и долгосрочный процесс, 87

который требует привлечения в экономику региона внебюджетных источников для финансирования инновационных разработок, стимулирования освоения предприятиями наукоемкой продукции, поддержки системы регионального образования и интеграцией с инновационным ядром республики – Академией наук. Первостепенную роль в этом процессе играет бизнес-сообщество, которое должно формировать спрос на инновации при формировании своих бизнесстратегий, Итак, определение приоритетов регионального развития, потенциальных точек инновационного роста, выбор региональной специализации и формирование бизнес- среды, формирующей спрос на инновации – являются основными условиями формирования эффективной инновационной стратегии развития и роста конкурентоспособности региона. Литература 1 «Кодекс о науке и инновациях Республики Молдова» (N.259-XV от 15.07.2004). Monitorul Oficial al R.Moldova nr.125-129/663 от 30.07.2004 2 Закон Nr.289 от 10.07.2003 «О государственной политике в области инноваций и трансфера технологий». Monitorul Oficial Nr. 170-172.

3 Global Innovation Index 2011.URL: http://www.globalinnovationindex.org/ 4 «АТО Гагаузия: анализ экономического положения и потенциала развития». Expert-Grup. 2008г. c. 146.

Мацко И.И. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ТЕМПЛЕТОВ НЕПРЕРЫВНО-ЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия Matsko I.I. DETERMINATION OF CONTINUOUS-CAST BILLET TEMPLATE IMAGE PROCESSING RATE Одной из проблем, приводящих к получению и обработки информации графического вида в рамках АСУ ТП металлургического предприятия, является оценка изображений серных отпечатков и фотографий образцов (темплетов), полученных от непрерывно-литой заготовки [1]. Для автоматизации распознавания отпечатков и фотографий требуется проектирование и разработка системы обработки изображений темплетов для определения макродефектов непрерывно-литой заготовки, включающей получение изображения в электронном виде, улучшение, сегментацию и классификацию объектов на его поверхности. Дефекты, выделяемые на обрабатываемых изображениях темплетов, 88

характеризуются случайным местом положения и нерегулярной формой [1]. Решение задачи автоматизации распознавания таких изображений потребовало разработки методики [2], позволяющей в зависимости от свойств изображения выбрать траекторию его обработки. Реализованная часть методики представлена на рис. 1. Проведение вычислительного эксперимента с целью определения скорости работы реализованных алгоритмов и определения зависимости этой скорости от конфигурации аппаратной платформы (табл. 1, отсортированы по мощности) и размера обрабатываемого изображения позволяет рационально определить необходимую конфигурацию компьютера для использования в производственных условиях. На рис. 2 представлен пример результатов тестирования алгоритмов для всех платформ. В ходе вычислительного эксперимента было выделено, что для реализации рассматриваемых задач при обработке изображений достаточно выбирать современный процессора с тактовой частотой не менее 1,6 ГГц и оперативную память объемом не менее 1 ГБ.

Рис. 1. Реализованная часть методики улучшения и сегментации изображения темплета непрерывно-литой заготовки Табл. 1. Характеристики вычислительного эксперимента Процессор

аппаратных

платформ

Intel Atom Processor 330 (1M Cache, 1.60 GHz) Intel Pentium Processor P6000 (3M Cache, 1.86 GHz) Intel Core2 Duo Processor T7250 (2M Cache, 2.00 GHz) Intel Core i3-540 Processor (4M Cache, 3.06 GHz) Intel Core i3-2330M Processor (3M Cache, 2.20 GHz) Intel Core i3-2100 Processor (3M Cache, 3.10 GHz)

для

проведения

Оперативная память, Гб (номер платформы) 1 (1) 1 (2), 2 (3), 3 (4) 1 (5), 2 (6), 3 (7) 2 (8), 4 (9) 4 (10) 2 (11), 4 (12)

Для реализованной части методики (рис. 1) проведены эксперименты по возможным траекториям обработки изображения (например, 45а5б6 7а9а9б10 (рис. 3 а) и 45а5г67а9а9б10 (рис. 3 б)). Полученные результаты позволяют утверждать (рис. 3), что для прогнозирования времени обработки изображений достаточно использовать линейные зависимости с высокой степенью достоверности результатов. Для повышения точности прогнозирования времени обработки необходимо выполнить группировку изображений по уровню яркости и контрастности и проводить статистическую обработку для каждой отдельной группы.

89

а

б

Рис. 2. Сравнительные результаты вычислительных экспериментов: а – дилатация, б – эрозия

а Рис. 3. Диаграммы Ганта для траекторий

б

Литература 1. Logunova O.S. Internal-defect formation and the thermal state of continuouscast billet // Steel in Translation. – 2008. – Т. 38. – № 10. – С. 849-852.

2. Мацко И.И., Логунова О.С. Автоматизированная система принятия решения о качестве непрерывно-литой заготовки: методики улучшения и сегментации изображения непрерывно-литой заготовки // Вестник национального технического университета «Харьковский политехнический институт»: сборник научных трудов. Тематический выпуск: Информатика и моделирование. – Харьков: НТУ "ХПИ", 2011. – № 36. – С. 115-121.

90

Назаров Д. А. СЕГМЕНТАЦИЯ ДАННЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБЛАСТИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, Владивосток, Россия Nazarov D.A. DATA SEGMENTATION FOR REGION OF ACCEPTABILITY REPRESENTATION Institute of Automation and Control Processes, Russian Academy of Sciences, Far Eastern Branch, Vladivostok, Russia Один из путей обеспечения надежности технических систем на стадии их проектирования состоит в исследовании области допустимых значений параметров элементов – области работоспособности (ОР) – и построении ее геометрического аналога. Задача построения ОР является очень трудоемкой по причине высокой вычислительной сложности и большой размерности пространства параметров. Одним из способов представления этой области является ее аппроксимация дискретным множеством элементарных гиперпараллелепипедов на основе регулярной сетки [1]. Такой способ представления ОР помимо высокой вычислительной мощности требует больших ресурсов для хранения данных. В данной работе описан способ организации данных представления ОР с учетом возможности их сжатия и обработки с применением технологии параллельных вычислений. Объектом исследования является модель сложной системы (1), задающая связь m выходных характеристик от n параметров составляющих ее элементов:

yi  yi (x), x  R n , i  1,2,..., m .

(1) Обычно модель (1) задается в алгоритмическом виде или с помощью имитационной модели и в общем случае представляет собой «черный ящик». Влияние внешних факторов, таких как температура и излучения, на значения выходных характеристик считается косвенным через воздействие на элементы системы и изменение значений их параметров. Выходные характеристики системы ограничиваются условиями работоспособности (2): y min  y ( x)  y max , (2) которые задают в пространстве значений параметров ОР (3): D x  {x  R n | y min  y (x )  y max } .

(3) Исследование характеристик ОР позволяет на этапе проектирования решать ряд задач, связанных с выбором номинальных значений параметров с учетом их отклонений под влиянием различных факторов и процессов старения. Представление ОР множеством элементарных гиперпараллелепипедов описывается моделью (4): 91

G R  ( n, B , Q, S ) , (4) где n – размерность пространства параметров элементов системы; B – гиперпараллелепипед, ограничивающий значения параметров, Q  ( q1 , q2 ,..., q n ) – количество интервалов, на которое разбивается диапазон значений каждого параметра, S – набор индикаторов si  {0,1} принадлежности соответствующего элементарного параллелепипеда ОР, R  q1  q2  ...  qn – количество элементарных параллелепипедов. Значением каждого индикатора является результат вычисления функции принадлежности для пробной точки соответствующего ему параллелепипеда (Рис. 1) [1]. Одна из главных проблем представления ОР на основе модели (4) состоит в необходимости хранения большого объема данных. Уменьшить размер данных позволяют алгоритмы сжатия, однако в этом случае уменьшается скорость доступа к свойствам отдельных параллелепипедов, особенно в случае применения алгоритма RLE [1]. Решение этой проблемы, а также задача декомпозиции процесса построения ОР с целью применения параллельных вычислений заключается в организации сегментированного хранения данных, описываемых моделью (4). Главным объектом разбиения является массив индикаторов S, в том числе, и его сжатый вид. Специфика предложенного представления области моделью (4) позволяет выполнять произвольное разбиение в зависимости от условий задачи. Под сегментацией понимается разбиение массива индикаторов на T сегментов с указанием начального и конечного индексов (5), что ускорит поиск нужного элемента в случае использования достаточного эффективного в данном случае алгоритма RLE: (5) ( pimin , pimax ), i  1,2,...,T , pimin , pimax {1,2,..., R} .

Рис. 1. Представление двумерной ОР множеством параллелепипедов Литература 1. Назаров Д.А. Алгоритмы сжатия данных при построении и использовании областей работоспособности // Надежность и качество – 2011: труды международного симпозиума в 2 т. / под ред. Н.К. Юркова. – Пенза: Издво ПГУ. – 2011. – 1 т. – С. 250 – 254.

92

Пестов А.Р., Фролова И.Ю., Полухин А.А. РАЗРАБОТКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО АГЕНТА НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ ИГР Московский Государственный Технологический Университет «Станкин», Москва, Россия Pestov A.R. GAME THEORY BASED DEVELOPMENT OF INTELLEGENT AGENT Moscow State Technological University “Stankin”, Moscow, Russia Данная статья посвящена исследованию искусственного интеллекта, а также интеллектуального агента на основе агентно-ориентированного подхода. Сейчас реализация интеллектуального агента основана на теории графов, что, в некоторых случаях, является более трудоемким процессом описания физической модели взаимодействия агента с окружающей средой. Впервые изучение построения и архитектуры интеллектуального агента было основано на изучении и применении описания математической модели в форме многошаговой матричной игры. Основная задача заключается в том, чтобы развить ранее полученные результаты использования вычислительных ресурсов и минимизировать данные затраты при реализации агента, основываясь на представлении используемых операций не в виде нагруженных графов, а в виде матрицы, причем, чтобы данная минимизация никак не отражалась на приближении вычисляемой точности полученных результатов. Стоит обратить внимание на то, что область искусственного интеллекта находится сейчас только на стадии своего становления, и направление проведенной в данной работе исследования интеллектуального агента не было затронуто ранее. Сейчас, исследования в области интеллектуальных агентов ведутся в нескольких направлениях: теория спецификаций, то есть, определение свойств, которыми должен обладать агент; архитектура агентов — реализация спецификаций, проблема построения вычислительной системы, удовлетворяющей заданным свойствам. языки программирования агентов — способы формального описания теоретических принципов, поиск оптимальных примитивов, эффективная компиляция и выполнение программ. Применение исследований, указанных ниже, возможно в изучении архитектуры самих интеллектуальных агентов. Полученные результаты могут быть использованы для повышения качества функционирования интеллектуального программного обеспечения, основанного на построении планов действий. Рассмотрим разработку интеллектуального агента на стадии построения 93

схемы действий при выборе наилучших стратегии [1]. Любое взаимодействие агента со средой можно математически выразить в матричной игре. Также, в свою очередь, для представления математической модели, в основном, рассматривается игра в виде дерева решений, или матрицы. Для каждого типа игр можно определить наилучший, оптимальный вид представления выбранной игры. К примеру, рассмотрим антагонистическую многошаговую матричную игру в чистых стратегиях с полной информацией. В данном случае, интересы участников игры (игроков) противоположные, поэтому игра является антагонистической, а так как выигрыш одного коллектива равен проигрышу другого, игра также называется игрой с нулевой суммой (или в чистых стратегиях). Также уточним, что система правил, однозначно определяющая выбор игрока в зависимости от сложившейся ситуации, называется стратегией. Сравним данные подходы к решению некоторой задачи на примере игры в спички. Правила игры следующие: имеются два игрока (игрок А и игрок Б), каждый из игроков может тянуть одну или две спички. Всего имеется пять спичек. Игрок, который тянет последнюю спичку, проигрывает. Первым ходит игрок А. Для начала рассмотрим первый подход, с построением графа возможных действий:

В данном графе в вершине записано количество оставшихся спичек, серым отмечены вершины, в которых ход выполняет игрок А. Таким образом, выигрышными для А оказываются листьевые вершины со значением 0 серого цвета. Подробнее рассмотрим часть возможных стратегий. Стратегии игрока А: А1 — на первом ходу брать 1 спичку, на втором — 2 спички (по возможности) А2 — на первом ходу брать 1 спичку, на втором — 1 спичку А3 — на первом ходу брать 2 спички, на втором — 1 спичку А4 — брать столько спичек, чтобы на столе оставалось нечётное число спичек 94

А5 — брать столько спичек, чтобы на столе оставалось чётное количество спичек А6 — брать столько спичек, чтобы на столе оставалось чётное количество спичек, пока количество спичек не станет равным 3 или 2. Когда количество спичек равно 3 — брать две спички, когда остается 2 спички — брать 1 спичку. Стратегии игрока Б: Б1 — на первом ходу брать 1 спичку, на втором ходу брать 1 спичку Б2 — на первом ходу брать 2 спички, на втором ходу — 1 спичку Б3 — брать столько спичек, чтобы на столе оставалось нечётное число спичек Б4 — брать столько спичек, чтобы на столе оставалось чётное количество спичек. В таблице обозначен проигрыш игрока А как -1, выигрыш как 1. Таблица 1: А1 А2 А3 А4 А5 А6

Б1 5-4-3-1-0 1

Б2

Б3 5-4-3-1-0 1

5-4-2-0

5-4-2-0

5-4-3-2-1-0 -1

5-4-2-1-0 1

5-4-3-2-1-0 -1

5-4-2-1-0 1

5-3-2-1-0 1 5-3-2-1-0 1 5-4-3-2-1-0 -1 5-4-3-1-0 1

5-3-1-0 -1 5-3-1-0 -1 5-4-2-1-0 1 5-4-2-1-0 1

5-3-1-0 -1 5-3-1-0 -1 5-4-3-2-1-0 -1 5-4-3-1-0 1

5-3-2-1-0 1 5-3-2-1-0 1 5-4-2-1-0 1 5-4-2-1-0 1

-1

Б4 -1

То есть, матрица имеет вид [3]: 1 −1 ⎛ 1 ⎜ ⎜1 −1 ⎝1 1

−1 1 −1 −1 1 1 1

1 −1 −1 −1 1 −1 ⎞ −1 1 −1 ⎟ −1 1 ⎟ −1 −1 1 −1 1 1⎠ 1 1 1

Наилучшая стратегия игрока А является стратегия А6. Теперь рассмотрим, что будет происходить на практике. Представим, что нам поручили разработать программу, играющую в спички. Количество спичек задается в начале игры. Если мы будем использовать подход с использованием графов, мы 95

достаточно быстро разработаем программу, которая сможет строить граф для любого количества спичек, находить оптимальные действия по графу и выигрывать у соперника. Однако, данный подход достаточно ресурсоемкий и, вследствие этого, медленный. В зависимости от реализации, уже при нескольких сотнях спичек может наблюдаться медленный запуск (пользователю придётся ждать, пока программа построит граф и найдет в нем оптимальные пути) [2]. Используя же найденную нами оптимальную стратегию, мы сможем получить крайне производительную программу, которая будет брать столько спичек, пока их количество не станет равным 3 или 2. Когда количество спичек равно 3, программа будет брать две спички, когда остается 2 спички – брать 1 спичку. Затраты вычислительных ресурсов при этом будут минимальны. Чуть более подробно и приближенно к практике: Для описания одной вершины графа на языке С нам понадобится структура struct vertex: struct vertex { vertex *parent; vertex *child1; vertex *child2; int data; }; Размер одной структуры варьируется от платформы и может составлять около 20 байт (16 байт на х32, 28 байт на х64). По экземпляру такой структуры нам понадобится для описания каждой вершины. После построения графа из таких структур нам придётся пройтись по нему и найти оптимальный путь, что ведет к линейному росту сложности вычислений в зависимости от числа вершин. Количество вершин растет экспоненциально в зависимости от количества спичек. В случае, когда, определив оптимальную стратегию, реализуем только ее, достаточно хранить количество спичек на столе и выполнять пару простейших операций на каждом шаге. Таким образом, мы получаем константную сложность вычислений на каждом шаге, вне зависимости от количества спичек (от количества спичек лишь растет количество шагов, и растет линейно). Если объединить теоретические исследования и практику, получим, что на предыдущем примере мы убедились, что при обнаружении оптимальной стратегии можно уменьшить количество используемых ресурсов и оптимизировать программу. Однако даже на таком небольшом примере и простой игре мы рассмотрели не все стратегии. Так, мы не рассматривали стратегии: брать столько спичек, чтобы на столе оставалось нечетное количество спичек, пока количество спичек не станет равным 3 или 2. Когда количество спичек равно 3 – брать две спички, когда остается 2 спички – брать 1 спичку когда количество спичек равно 2 – брать две спички когда количество спичек равно 3 – брать 1 спичку, что в дальнейшем 96

также приведет к проигрышу или когда на столе остается четное количество спичек, пока спичек не станет 4, также брать 2 спички и т.д. Чем сложнее задача, тем большее количество стратегий можно придумать для каждого из игроков, тем больше будет наша таблица и тем больше вычислений нам придётся сделать. Можно попробовать создать программу, которая будет генерировать и рассматривать стратегии, но это задача нетривиальная [1,2]. Сейчас, трудно создать программу, которая сможет анализировать свою работу, причем, оценивать, что ее работа малоэффективна, поэтому данную возможность рассматривать не будем. Не имея информации по оптимальным стратегиям, мы будем вынуждены рассматривать подход с построением графа. При этом мы сможем использовать огромное количество методик, позволяющих использовать данный подход для крайне сложных игр и задач, к примеру, мы можем строить граф не целиком, а просто на несколько ходов вглубь. Не всегда возможно построить весь граф состояний целиком, вместо этого он строится на ближайшие N ходов, и наилучшая стратегия ищется среди построенных ходов. Также, для наилучшего поиска стратегий применяется метод поиска «в глубину» и «в ширину» [4]. Алгоритм поиска «в глубину» описывается следующим образом: для каждой непройденной вершины необходимо найти все непройденные смежные вершины и повторить поиск для них. Используется в качестве подпрограммы в алгоритмах поиска одно- и двусвязных компонент, топологической сортировки. Поиск «в ширину» выполняется в следующем порядке: началу обхода s приписывается метка 0, смежным с ней вершинам — метка 1. Затем поочередно рассматривается окружение всех вершин с метками 1, и каждой из входящих в эти окружения вершин приписываем метку 2 и т. д [2,3]. Было рассмотрено два основных подхода реализации поиска оптимальной стратегии в построении разработки интеллектуального агента. Выявлено, что графический метод очень ресурсоемкий при реализации объемных задач, но его реализация подходит практически для всех типов решения задач. В отличие от графического, матричный подход позволяет строить оптимальные стратегии, не затрачивая ни ресурсов, ни времени для поиска оптимальной стратегии, т. к. уже до реализации программы вычислена оптимальная стратегия. Основной минус данного подхода заключается в сложности математического моделирования возможных стратегий, т. е. моделировании самой матрицы, значительное количество времени уходит на ее построение. Прежде чем выбрать один из методов реализации, необходимо оценить сложность поставленной задачи, а также оценить приоритет затрат – уделить большее время на выбор стратегии, или, в дальнейшем, затрачивать большие машинные ресурсы для реализации поставленной задачи. Только после данного 97

анализа уже нужно выбирать необходимый и более удобный для каждого случая метод реализации поиска оптимальных стратегий. Литература 1. Г. Оуэн. Теория игр. Издательство «Мир», Москва, 1971.

2. Дж. Мак-Кинси. Введение в теорию игр. Гос. Изд. Физикоматематической литературы. Москва 1960.

3. И. А. Киселева. Моделирование рисковых ситуаций, Москва, МЭСИ, 2007.

4. Бьерн Страуструп. Язык программирования С++. Издательство «Бином», «Невский Диалект», 2008.

Питухина М.А. ОПЫТ РАЗВИТИЯ КОМПЕТЕНТНОСТНОГО ПОДХОДА ИННОВАЦИОННЫМИ КОМПАНИЯМИ ЕВРОПЕЙСКОГО СОЮЗА, ВЕДУЩИМИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКУЮ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ Петрозаводский государственный университет Центр бюджетного мониторинга, Петрозаводск, Россия Pitukhina M.A. COMPETENCE-BASED APPROACH DEVELOPMENT BY INNOVATIVE RESEARCH COMPANIES IN THE EUROPEAN UNION Petrozavodsk State University, Budget Monitoring Center, Petrozavodsk, Russia В Европейском Союзе (ЕС) модель непрерывного развития профессионального и творческого потенциала национальных трудовых ресурсов (life-long learning или LLL) укоренилась еще в 80-90-х годах 20 века. Осмысление важности другой модели – модели компетенций – также сложилось в ЕС с начала 1990-х годов с появлением во Франции «докторских школ», а в Финляндии «магистратуры» [1]. В настоящее время ЕС является одним из весомых акторов глобального рынка труда отчасти благодаря разработке и внедрению двух упомянутых выше моделей в систему образования и в экономику. В посткризисный и турбулентный период особую актуальность приобретают идеи развития новой экономики, основанной на технологических инновациях. Так, например, в 2009 г. 1000 крупнейших публичных компаний мира потратили на НИОКР $504 млрд, по подсчетам ведущего консалтингового агентства Booz [2]. Среди стран-членов ЕС, развивающих инновационную и научно-технологическую политики, особенно выделяются Швеция, Финляндия, Дания, Австрия, Германия, Франция. Однако в настоящее время в странах ЕС наблюдается динамика уменьшения затрат на НИОКР на 0,15%, в то время как 98

развивающиеся китайские и индийские компании увеличили инвестиции в данную сферу за год на 41,8% [3].

Целесообразность развития инновационной и научно-технологической политики в ЕС сегодня, безусловно, осознается, а снижение затрат на НИОКР объясняется проведенным опросом европейских инновационных компаний. Агентство Booz выяснило, что дело не в том, сколько денег компания тратит на НИОКР, а в том, как она их тратит. Таким образом, эффективность инновационной политики напрямую связана с развитием и внедрением компетентностного подхода на местах. Для анализа компетенций научных кадров европейских организаций, связанных с внедрением и реализацией технологических инноваций, показательными являются материалы Института перспективных технологических исследований ЕС, расположенного в Севилье (Испания) (А.Фернандес-Зубьета, К.Гай, Ф.Могеро, М.П.Пьетроджакомо) [4] и материалы Центра компетенций Фраунгоферовского Института системных и инновационных исследований в Германии (С.Кинкель, Р.Изенманн) [5]. В материалах Института перспективных технологических исследований ЕС отмечается следующее. Во-первых, ученые подготовлены именно к исследовательской работе, хотя и им может потребоваться дополнительное повышение квалификации с тем, чтобы работать в должности научного сотрудника с ученой степенью. Во-вторых, имея дипломы о самом высоком уровне образования, ученые, по определению, считаются наиболее квалифицированными специалистами по распространению и применению знаний и инноваций. Также в разработках Института одной из главных компетенций в научно-исследовательской сфере называется мобильность исследователей, зафиксированная также в ряде ключевых документов ЕС, например, в «Зеленых Бумагах» [6]. В результате реализации данной 99

компетенции, конечной целью для ведущих европейских частных научноисследовательских организаций станет создание единого рынка труда для стран-членов ЕС. Свобода движения знаний зачастую называется «пятой свободой» и является важной частью процесса сбалансированного обмена научными кадрами и установлением лучших условий труда для ученых. Для стран с более слабым исследовательским потенциалом, как, например, Испания, будут создаваться условия для улучшения компетенций по широкому спектру специальностей/направлений обучения. В число востребованных компетенций также, по определению авторов Института, входят: – участие в международных программах и инфраструктурах; – развитие контактов с учеными из других стран. Материалы Центра компетенций Фраунгоферовского Института системных и инновационных исследований в Германии представляют также особый интерес, т.к. Центр является одним из лидеров в осмыслении перспективных компетенций ведущих международных частных научноисследовательских организаций сегодняшней Европы. Сотрудники Центра С.Кинкель и Р.Изенманн провели анализ будущего спроса и предложения профессиональных компетенций, необходимых для развития высокотехнологичных отраслей. Как известно, процессы модернизации в различных отраслях и стремительное развитие новых видов экономической детальности меняют требования к структуре и качеству человеческого капитала, знаниям и профессиональным навыкам работников, креативным способностям, мобильности. Исследователями отмечаются низкий уровень владения профессиональными знаниями, нехватка навыков их применения, отсутствие инициативности и творческого подхода к делу. Таким образом, по мнению ученых Центра Компетенций, востребованными компетенциями исследователей становятся: – творческий подход к делу, – мобильность, – инициативность. В целом, можно констатировать, что все большим спросом у работников научной инновационной сферы пользуются так называемые социальные компетенции или soft skills, такие как развитие навыков управления, работа в команде, фандрайзинг, инновационность мышления, знание английского языка, креативность, конкурентоспособность, обучение в течение всей жизни. Разработанная модель компетенций позволяет ЕС оставаться конкурентоспособным на мировом рынке образования. Литература 1. Ориоль Л. Доктора наук: карьера, востребованность, международная мобильность // Форсайт. Журнал ГУ-ВШЭ. Т.4., №4., 2010.

2. Консалтинговое агентство Booz [Электронный ресурс] // http://www.booz.com/ .

100

3. Деньги решают не все [Электронный ресурс] // http://www.rosbo.ru/articles.php?cat_id=31&id=712.

4. Ph.Moguérou, M.P.Di Pietrogiacomo. Stock, Career and Mobility of Researchers in the EU [Electronic resource] // http://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=stock%2C%20career%20and%20mobilit y%20of%20researchers%20in%20the%20eu%20&source=web&cd=2&ved=0CC YQFjAB&url=http%3A%2F%2Fcordis.europa.eu%2Ferawatch%2Findex.cfm%3 Ffuseaction%3Dhome.downloadFile%26fileID%3D1131&ei=KFSlTpmxMq2N4g TUo93zBA&usg=AFQjCNEsJLgSeqd9m9HWEQBRa70a5JtDTw&sig2=ETc59p CmeKplAPdW9kYatQ&cad=rjt; A.Fernández-Zubieta, K.Guy. Developing the European Research Area: Improving Knowledge Flows via Researcher Mobility [Electronic resource] // http://old.certh.gr/libfiles/PDF/MOBIL-103DEVELOPING-ERA-by-ZUBIETA-in-JRC58917-Y-2010.pdf.

5. The Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research ISI [Electronic resource] // http://isi.fraunhofer.de/isi-en/index.php.

6. Green Paper - From Challenges to Opportunities: Towards a Common Strategic Framework for EU Research and Innovation funding [Electronic resource] // http://ec.europa.eu/research/horizon2020/ index_en.cfm?pg=documents.

Платонов С.Н., Прасько Г.А., Сизов Е.В., Титов В.Ю. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МОДУЛЬНОЙ АНТЕННЫ Военная академия связи, Санкт-Петербург, Россия Platonov S.N, Prasko G.А., Sizov E.V., TitovV.Y. CALCULATING ELECTRICAL PARAMETERS MODULAR ANTENNA Military Academy of Communications, St. Petersburg, Russia В последнее время в декаметровой радиосвязи широкое применение получили фазированные антенные решетки (ФАР) модульного типа, так называемые модульные антенны (МА). В излучатели таких антенн для оптимизации частотного диапазона и других параметров включаются элементы в виде сосредоточенных или распределенных нагрузок, антенных трансформаторов, коммутаторов характеристик направленности, что, в свою очередь, приводит к усложнению методики расчета электрических параметров [1]. Моделирование передающих МА с заданными параметрами, включающих перечисленные разноплановые элементы, усложняется также необходимостью учета взаимного влияния излучателей. Математическое описание передающей МА связано с ее представлением в виде эквивалентного многополюсника [1]. Соотношения между токами и напряжениями на физических входах передающей МА, обозначаемых в дальнейшем с индексом α, определяются матрицей сопротивлений Z [1]. Электрические параметры передающей МА полностью выражает матрица 101

рассеяния S, включающая комплексные векторные характеристики направленности по входам антенной системы из пространства (с индексом β). Рассмотрим расчет электрических параметров передающей МА с использованием функционалов матрицы рассеяния S, блочный вид которой записывается как [2]:  S S  S 

S  .

S  

Основными энергетическим параметрами передающей МА, как и любой другой антенной системы, являются коэффициент усиления (КУ) и коэффициент направленного действия (КНД). Выражение для КУ антенной системы имеет вид [1]: 2  4r 2 G Pподводимая

.

(1)

Выражение для коэффициента усиления передающей МА в терминах падающих волн мощности и матрицы рассеяния, учитывающее рассогласование излучающей системы с генераторами, представлено в виде функционала [1]:  G  ,    S  g  ,  S  .

(2) В (2) матричный коэффициент усиления элементов излучающей системы g  ,  , является тензором второго ранга (диадик) [3]и находится по формуле: g  ,    g   ,    g   ,   (3)

Рис.1 КУ 4-элементной передающей МА Из соотношения коэффициента усиления с коэффициентом направленного действия D и коэффициентом полезного действия  [1] G  D , (4)

102

можно найти матричный коэффициент направленного действия при единичном векторе возбуждения: D ,   

Рис.2 КНД и КУ вибратора

 S  g  ,  S   S  S 

(5)

На Рис.1 изображена картографическая проекция КУ 4элементной передающей МА из вертикальных вибраторов на экране (Рис.2, Рис.3) с несимметричным возбуждением их генераторами, включенными в δ-образные зазорами между основаниями вибраторов и экранов.

Рис.3 КНД и КУ V-образного излучателя Литература 1. Фитенко Н.Г. Анализ и синтез модульных антенн. ВАС, 1990. С. 6-90.

2. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. М.: Высшая школа. 1988. 432 с.

3. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1970. 720 с.

103

Попова Г.В. Спицын А.Н., Ванцян М.А. ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ КОМПОНЕНТНОЙ БАЗЫ ДЛЯ ГИБРИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ОПТИЧЕСКОЙ СЕНСОРИКОЙ Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия Popova G.V., Spitsyn A.N., Vantsyan M.A. PRINCIPLES OF COMPONENT BASE CREATION FOR HYBRID MATERIALS WITH OPTICAL SENSING Mendeleyev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia Инновационные подходы к созданию новых типов материалов, включая наноразмерные, базируются на первичной систематике, информатике и дальнейшем программировании процессов получения и свойств конечной требуемой продукции. При этом специфика химического синтеза предусматривает как необходимое условие компьютерный предсинтез промежуточных и целевых соединений на стадии получения предшественников реальных материалов. Предлагаемая методология включает, прежде всего, наличие компонентной базы или строительных блоков, из которых можно составлять оптимальные структуры как в различных программных пакетах, так и в условиях реального эксперимента [1]. В конкретном случае рассматривается разработка принципов создания компонентной базы гибридных наноразмерных молекулярных материалов с оптической сенсорикой, рис. 1. Компонентная база гибридных молекулярных материалов Светочувствительные элементы однокомпонентные

Носители

Наноразмерные композиты

Полимеры

Фотохромы

Рис. 1. Структура компонентной базы.

104

Светочувствительные элементы многокомпонентные

Металлокомплексы

Квантовые доты

Существует, по крайней мере, два исходных варианта на стартовом этапе разработки: а) идея без предварительной истории продукта исследования, б) идея об улучшении или модификации существующей истории предмета исследования. В любом случае эффективность реализации будет зависеть от уровня знаний, которыми владеет исследователь, т е или от разрозненных известных фактов, или от систематики (коллекции) опубликованных РИД, или от общей тематической ИБД [2]. Ознакомление с публикациями или анализ литературных данных позволит выделить узловые точки плана будущих экспериментов, однако только глубокая информационная проработка приведет к экономии времени, ресурсов, общей эффективности в решении поставленной задачи. В нашем случае под молекулярными гибридами с оптической сенсорикой подразумеваются структуры, состоящие по меньшей мере из двух фрагментов: органической и неорганической природы. Оптическая сенсорика заключается в оптическом отклике общей системы на слабые внешние факторы, т е на изменение микросреды. Поэтому важно правильно выбрать светочувствительные элементы, которые могут дополнительно вводиться в органическо-неорганическую систему или могут уже содержаться в исходных фрагментах. Требуемые технические показатели, которые необходимо достичь, например: быстродействие, реверсивность, стабильность в экстремальных условиях, а также определенные диапазоны изменения электронных свойств системы (люминесценция, цветность, деструкция) являются заданными параметрами при программировании и моделировании структур, процессов, свойств. Как видно из рис. 1, только фотохромы являются органическими соединениями, которые могут рассматриваться как однокомпонентные светочувствительные элементы, все остальные строительные блоки молекулярных гибридов, включая элементоорганические полимеры, сами являются гибридными системами. Конечно, для успеха исследования в целом, для каждого набора блоков следует иметь селективную ИБД, так как целевые гибридные молекулярные материалы – сложные многокомпонентные системы с управляемым/контролируемым синергизмом свойств. Кроме того, после выбора компонентов, проведения сравнительной характеристики их свойств, моделирования и/или программирования структур и процессов, надо установить соответствие общей программируемой системы (предшественника молекулярного гибридного материала) требуемым техническим характеристикам. В этом случае, если задача поставлена для систем, функционирующих в нанорамерных шкалах размерность/время, появляется новая парадигма о динамике целевой системы, ее супрамрлекулярной природе, иерархическом построении, что и будет решающим фактором при управляемой работе гибридного материала [3]. Примерная схема экспериментальных исследований приведена на рис. 2.

105

Патентные данные

ИБД

Выбор компонентов Сравнительная характеристика свойств Возможный синтез новых исходных

Совместимость и возможная комбинация компонентов

Моделирование структур

Моделирование и программирование процессов

Физико-химические исследования и установление научно-технических параметров

Синтез монофункциональных гибридов на наноразмерных носителях

Синтез мультифункциональных гибридов Конструкция прекурсоров хемочипа

Конструкция хемочипа с заданными параметрами

Тестирование в заданных условиях Рис. 2. Схема экспериментальных исследований.

106

В данном случае разрабатываемая компонентная база является основой для создания многофункциональных хемочипов для сенсорных оптических устройств. Работа поддержана Минобрнауки РФ, ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы», Госконтракт № 16.513.11.3077. Литература 1. Experimental design for combinatorial and high throughput materials development /Ed. Cawse J.N.- Hoboken: J. Wiley & Sons, Inc., 2002.- 258 p.

2. Пирогов В.Ю. Информационные системы и базы данных. Организация и проектирование.- Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2009.- 528 с.

3. The Supramolecular Chemistry of Organic–Inorganic Hybrid Materials / Eds. Rurack K., Martınez-Manez R.- Hoboken: J. Wiley & Sons, Inc., 2010.- 782 p.

Саенко И.Б., Нижегородов А.В., Волков А.Н. УПРАВЛЕНИЕ ДОСТУПОМ В ИНФОРМАЦИОННОТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН, Санкт-Петербург, Россия Saenko I.B., Nizhegorodov A.V., Volkov A.N. MANAGEMENT OF ACCESS IN INFORMATION TELECOMMUNICATION SYSTEMS St. Petersburg Institute for Informatics and Automation of RAS, Saint-Petersburg, Russia В настоящее время передовые организации все большее внимания уделяют информационной безопасности, в частности, осуществлению комплекса мер, направленных на управление доступом к информационным ресурсам. Последние инциденты, связанные с утечками информации об абонентах некоторых сотовых компаний; DoS-атаками на ряд СМИ 4 декабря 2011 года, и другие показывают, что многие информационные ресурсы в развитых странах, включая Россию, не защищены. В связи с этим, администраторам безопасности стоит пристальнее рассматривать системы управления безопасности информационно-телекоммуникационных систем (ИТКС) с точки зрения ее конфигурирования. В системах управления доступом в ИТКС организаций можно выделить следующие составляющие: идентификация пользователей с помощью программно-аппаратных комплексов, задание прав доступа различным пользователям/группам пользователей, управление антивирусной защитой, настройка доступа к внешним интерфейсам ПЭВМ. Ниже данные составляющие раскрыты более подробно.

107

Идентификация пользователей с помощью программно-аппаратных комплексов. Чаще всего идентификация пользователей происходит с использованием электронных замков, которые, как правило, хранятся на рабочем месте, что не составляет труда злоумышленникам воспользоваться ими. Чтобы этого не происходило, необходимо проводить периодический контроль над пользователями, например, один раз в неделю. Реже идентификация происходит по отпечаткам пальцев, сетчаткам глаз и т.п., но данные способы является дорогостоящими, поэтому на практике они редко применяются. Задание прав доступа различным пользователям/группам пользователей. В каждой операционной системе существуют свои собственные средства задания прав доступа: в Windows Server используется сервер Active Directory, в Novell NetWare применяется система разграничения доступа и т.д. Задание прав доступа различным пользователям (группам пользователей) происходит на этапе ввода системы в эксплуатацию. С течением времени права доступа могут меняться, поэтому необходимо периодически проверять их. Также необходимо вводить требования по назначению паролей, чтобы они не были элементарными, легко подбираемыми; нужно проводить строгий учет пользователей и выданных им паролей; задавать периодичность смены паролей. Управление антивирусной защитой. Правильная настройка антивирусной защиты, централизованное управление защитой сервера антивируса являются гарантией стабильной работы ИТКС организации. Необходимо следить за ежедневным обновлением антивирусных средств. Если в составе локальной сети развернуто централизованное управление защитой, то необходимо настраивать расписания проверок рабочих станций, проводить установку обновлений и резервное копирование. Настройка доступа к внешним интерфейсам ПЭВМ. Все чаще можно наблюдать подключение к внешним интерфейсам ПЭВМ личных мобильных телефонов, внешних носителей и др. технических средств. Можно выделить две основные причины необходимости ограничения доступа к внешним интерфейсам ПЭВМ. Первая – это исключить утечку конфиденциальной информации путем копирования на внешний носитель. Второй причиной является возможность заражения компьютера вирусами, находящимися на внешнем носителе. Блокировка, как правило, ставится на USB порты. Как правило, основные утечки информации связаны с проблемой недостаточного контроля над собственными сотрудниками, в особенности, в группе руководителей высшего уровня иерархии организации. Все чаще появляются такие нарушения информационной безопасности, как:  нарушение работы с электронной почтой;  совершения онлайн покупок;  участие в онлайн компьютерных играх;  рассылка конфиденциальной информации внешним адресатам по открытым каналам; 108

 подключение к ПЭВМ личных сотовых телефонов, коммуникаторов, фото- и видео техники, не зарегистрированных USB носителей с возможным содержанием вирусных программ [1, 2]. Таким образом, c дальнейшим развитием информационных технологий и их интеграцией во все сферы деятельности организаций, вероятность угроз от внутренних пользователей будет возрастать. Поэтому необходимо больше внимания уделять мерам по поддержанию информационной безопасности, и в частности по управлению доступом к информационным ресурсам ИТКС. Литература 1. Садердинов А.А., Трайнв В.А., Федулов А.А. Информационная безопасность предприятия: 2-е изд. – М., Издательско-торговая корпорация Дашков и К°, 2005.- 336 с.

2. Miller D.R., Harris S., Harper A.A., Vandyke S., Blask C. Security Information and Event Management (SIEM) Implementation. McGraw-Hill, 2011.

Слесарчук И.А., Помазкова Е.И., Зобницева В.А., Кривошеев В.П. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ШКОЛЬНОЙ ОДЕЖДЫ, ФОРМИРУЮЩЕЙ НОРМАЛЬНУЮ ОСАНКУ Владивостокский государственный университет экономики и сервиса, Амурский государственный университет, Благовещенск, Детская городская клиническая больница, Благовещенск, Владивостокский государственный университет экономики и сервиса, Россия Slesarchuk E.A., Pomazkova E.I., Zobnitseva V.A., Krivosheev V.P. THEORETICAL STUDY OF THE DESIGN SCHOOL CLOTHES FORMING NORMAL POSTUREL Vladivostok State University of Economics and Service, Vladivostok, Russia, Amur State University, Blagoveshchensk, Russia, Municipal Children's Hospital, Blagoveshchensk, Russia, Vladivostok State University of Economics and Service, Vladivostok, Russia Авторами проведены теоретические исследования особенностей формирования осанки у детей младшей школьной группы. Определены принципы проектирования школьной одежды на основе эргономического подхода. Сформулированы функции одежды, предназначенной для профилактики нарушений осанки. В результате их реализации разработана универсальная модель школьной одежды, формирующей правильную осанку.

The authors carried out theoretical studies of the formation of posture in children younger school groups. Defines the principles of designing Bani-school clothes, based on an ergonomic approach. The functions of clothes, designed to 109

prevent violations of the posture. As a result of their implementation developed a universal model of school uniform, forming a correct posture. Современная форменная одежда для учащихся – это сложный объект разработки, взаимосвязанный с проблемами развития социальной сферы и социальной политики школьного образования, с проблемами эстетического, патриотического и нравственного воспитания, с созданием условий для всестороннего развития каждого ребёнка с учётом его склонностей и интересов. В условиях современного развития общества снижается индекс здоровья детей. Общее состояние здоровья учащихся общеобразовательных школ оценивается врачами как неблагополучное. По данным статистики, 70 % детского населения страдает различными нарушениями осанки [1]. Важно отметить, что по данным медицинских осмотров детей, три четверти всех нарушений осанки приходится на школьный возраст, особенно на младший школьный возраст (8-12 лет), а это самый важный для формирования осанки период жизни, в течение которого «закладываются» будущие болезни позвоночника и костно-мышечной системы человека. Максимальные нагрузки дети младшего школьного возраста испытывают в школе (недельная нагрузка учеников первых классов составляет 20 часов) [2]. Основной причиной высокого уровня нарушений осанки является вынужденное снижение двигательной активности, которое находится в прямой зависимости от алгоритма учебного процесса. Особенно это проявляется в положении сидя в виде рабочих движений (движений рук и корпуса) и рабочей позы. Поддержание соматической модели рациональной рабочей позы возможно произвольно и непроизвольно и крайне важно для сохранения правильной осанки. Произвольное поддержание правильной рабочей позы у детей младшего школьного возраста неэффективно, так как требует постоянной осознанной ее коррекции со стороны учителя и ученика [3,4]. Непроизвольное поддержание выпрямленной позы возможно путем создания определенных предметнопространственных условий работы школьника. В связи с этим изучение причин возникновения дефектов осанки в данной возрастной группе и на их основе проектирование одежды для школы становится актуальным. Изготовление такого рода одежды обусловлена еще и тем, что профилактика и своевременные реабилитационные мероприятия приводят к полному выздоровлению. Нарушения нормальной осанки могут происходить как в сагиттальной, так и во фронтальной плоскости. К числу наиболее распространённых сагиттальных нарушений осанки относят: сутулость, круглую, кругловогнутую, плоскую и плосковогнутую спину [5]. Дефекты осанки в сагиттальной плоскости выражаются в изменении естественной кривизны позвоночника. Нарушение осанки приводит к снижению подвижности грудной клетки и диафрагмы, изменяют рессорную функцию позвоночника, а, значит, приводят к повышенной утомляемости, головным болям, нарушениям памяти и внимания, что, в свою очередь, отражается на деятельности центральной нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

110

С точки зрения биомеханики, процесс формирования сколиотической деформации - это результат взаимодействия факторов, нарушающих вертикальное положение позвоночника, и приспособительных реакций, направленных на сохранение вертикальной позы. Позвоночник — это одна большая биомеханическая система, которая в здоровом состоянии следует некому стереотипу. Когда этот стереотип работы нарушается, возникает болезнь. С другой стороны, осанка человека определяется строением скелета, мышц и связок. Нарушение осанки возникает при неравномерном тонусе мышц спины справа и слева [6,7]. Главной задачей лечения нарушения осанки является возвращение позвоночнику правильного физиологического положения. Для коррекции осанки издавна рекомендовались гимнастические упражнения, вытяжение, корсеты, воспитание осанки. В течение нескольких веков классическим считался метод Гиппократа, состоящий в надавливании на выпуклость спины в области искривления при одновременном растягивании позвоночника. Для лечения и профилактики нарушений осанки в настоящее время используют эластичные корректоры осанки, которые благодаря специальным конструктивным элементам вынуждают ребенка держать правильную осанку. При длительном использовании данных медицинских устройств происходит смена сокращения и расслабления мышц, что улучшает их кровоснабжение, тем самым обеспечивая достаточное поступление кислорода и питательных веществ. Мышцы приобретают нормальный тонус и эластичность, одновременно происходит восстановление мышечной памяти и, соответственно, восстанавливается навык правильной осанки. Однако по данным анализа опроса потребителей и специалистов в силу присущего эластичным корректорам ряда недостатков (появление болезненных ощущений из-за чрезмерного давления на плечи и области подмышечных впадин, невозможность самостоятельного надевания-снятия, особенно детьми младшего школьного возраста, возникновение комплекса неполноценности изза особенностей психологического восприятия корректора как индикатора определенной патологии у ребенка) практическое их использование затруднено, а во время учебных занятий, когда позвоночник ребёнка испытывает наибольшие нагрузки, невозможно. Учитывая, что дети младшего школьного возраста в школе проводят значительную часть времени, то школьную одежду можно предложить в качестве средства, способного сохранить гармоничную осанку и сформировать устойчивый статико-динамический стереотип незаметно для окружающих и самого ребенка. Методологической базой для создания нового ассортимента школьной одежды, формирующей осанку, послужил эргономический подход к проектированию изделий, в том числе, одежды [7]. Как известно, школьная одежда, особенно для младших школьников, – сложный многофункциональный объект, который требует рассмотрения объекта исследования в виде системы «ребенок – одежда - среда», учитывающей анатомические, физиологические, 111

гигиенические и психологические особенности детского организма. Эти особенности представляют собой интегральные показатели связи ребенка, одежды, предмета деятельности и среды, проявляющиеся при деятельности ребенка с системой и ее функционировании, связанные с достижением конкретных целей. Согласно основным принципам эргономики [8], цель создания одежды для школьников может быть сформулирована как единство двух аспектов исследования и проектирования: – удобство и комфортные условия эффективной деятельности ребенка, а, соответственно, и эффективное функционирование системы «ребенок – одежда - среда»; – сохранение здоровья и развитие личности. Другими словами, необходимо выбрать оптимальное решение, удовлетворяющее сумме всех требований и ограничений, предъявляемых к школьной одежде, формирующей осанку. Поэтому целью первого этапа и явилась разработка требований к данному виду одежды на основе функций школьной форменной одежды (рис.1).

Рисунок 1 – Дерево функций школьной одежды, формирующей осанку

112

В результате реализации принципов эргономического подхода к проектированию школьной одежды, формирующей правильную осанку, разработана универсальная модель жилета для детей младшего школьного возраста. В основу теоретических рассуждений при разработке конструктивнотехнического решения жилета положен классический метод Гиппократа, состоящий в надавливании на выпуклость спины в области искривления при одновременном растягивании позвоночника. В модельной конструкции жилета заложено непроизвольное воздействие путем обратного давления на мышцы спины и выпирающие лопатки, мышцы брюшного пресса ребенка. Жёсткие вставки в формообразующие вертикальные рельефы спинки жилета позволяют поддерживать осанку ребенка в вертикальной симметричной рабочей позе, уменьшать функциональную компоненту искривления, сформировать оптимальный двигательный стереотип и навык правильной осанки. Отличительной особенностью конструкции жилета является расположение вертикальных рельефов спинки. Формообразование проектируемой модели школьной одежды, моделирующей осанку, выполняется за счет конструктивных решений: рельефных швов центральной части спинки, центральных рельефов спинки и передних деталей, вытачек по линии талии, которые конструктивно создавая объемность для выпуклостей сзади, выделяют и подчеркивают рельеф верхней части фигуры, придавая округлость форме становой части изделия. В припусках рельефных швов центральной части спинки и центральных рельефов спинки проектируются дополнительные усиливающие вставки в наиболее проблемные места. Усиливающие вставки, выполняя функцию корректора осанки, создают обратное давление на выпирающие лопатки, одновременно поддерживая торс ребенка в вертикальном симметричном положении. Кроме того, жесткие вставки выполняют корсетную функцию, перераспределяя статические нагрузки. Оптимально подобранные прибавки на свободу облегания и глубину проймы дают дополнительный эффект микромассажа спины в местах расположения рельефных швов. При этом снимается напряжение в мышцах, что улучшает взаиморасположения позвонков и межпозвонковых дисков. Изменения в позвоночнике и мышцах, происходящие во время лечебного массажа спины, благотворно влияют на другие органы, поскольку от спинного мозга нервные окончания идут к сердцу, печени, желудку и кишечнику. Места расположения рельефных швов спинки выбраны и рассчитаны, исходя из известных топографо-анатомических ориентиров околопозвоночной линии (проходит вдоль позвоночного столба по реберно-позвоночным сочленениям) и лопаточной линии (условной вертикальной линии, проводимой по поверхности спины через проекцию нижнего угла лопатки). Воздействие на участки активных, располагающихся вдоль этих линий нейросенсорных зон, улучшает осанку за счет стимуляции нервно-мышечной деятельности и оказывает общее положительное воздействие на опорно-двигательный аппарат. Универсальность конструкции модели жилета позволяет разработать серию 113

моделей верхней школьной одежды для девочек и мальчиков. Комплект для девочки может состоять из жилета и юбки, сарафана и блузки, для мальчика – из жилета и брюк. (рис. 2)

Рисунок 2. Вариант моделей школьной одежды с моделирующим эффектом для девочки и мальчика младшей школьной группы. Для изготовления школьной одежды в соответствии с предъявляемыми требованиями был подобран рациональный пакет материалов, включающий в себя полушерстяные ткани верха с содержанием натуральных волокон шерсти до 60 % и подкладочную ткань из натуральных волокон хлопка. Таким образом, на основе послужившего теоретической базой для проектирования школьной одежды эргономического подхода, предусматривающего выявление закономерностей формирования эргономических свойств одежды, разработана школьная форма, незаметно для окружающих и самого ребенка выполняющая профилактику и исправление имеющихся нарушений осанки. Литература 1. Амурская область в цифрах. 2010 : краткий стат. сб. / Территор. орган Федерал. службы гос. статистики по Амур. обл. (Амурстат). - Благовещенск: 2010. - 394 с.

2. Кулагина, И.Ю. Возрастная психология. Развитие человека от рождения до поздней зрелости/ И.Ю. Кулагина, В.Н. Колюцкий. – М.: Творческий центр Сфера, 2000. –164 с.

114

3. Фарбер, Д.А., Физиология школьника/ Д.А. Фарбер, И.А. Корниенко, В.Д. Сонькин. – М.: Педагогика, 1990. – 64 с.

4. Староверова, В.В. Вопросы психологии младших школьников/ В.В Староверова. – Саратов: Саратовский пединститут. – 1984. – 59 с.

5. Дунаевская, Т.Н. Размерная типология населения с основами анатомии и морфологии/ Т.Н. Дунаевская, Е.Б. Коблякова, Г.С. Ивлева. – М.: Легкая индустрия, 1980, - 216с.

6. Маркс О. В. Ортопедическая диагностика. – М.: Наука и техника, 1978. http://www.rusmedserv.com/orthopaedics/book/index.html 7. Коблякова, Е.Б. Основы проектирования рациональных размеров и формы одежды/ Е.Б. Коблякова. – М.: Лёгкая и пищевая пром-сть, 1984, 208с.

8. Зинченко, В. П., Мунипов В. М. «Методологические проблемы эргономики/ В.П. Зинченко, В.М. Мунипов. – М.: Знание, 2001, 278 c.

Сосинская С.С., Нгуен Зуи Тхаи РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА ПО ЧИСЛЕННЫМ МЕТОДАМ В ПАРАЛЛЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ Иркутский государственный технический университет, Иркутск, Россия Sosinskaya S.S., Nguyen Duy Thai DEVELOPMENT OF LABORATORY PRACTICAL WORK ON NUMERICAL METHODS IN PARALLEL Irkutsk State Technical University, Irkutsk, Russia Введение. В настоящее время, в связи с увеличением количества операций вычисления и, соответственно, времени решения различных задач, параллельные вычисления все шире применяются во всех областях науки, техники и экономики. Однако разработка параллельных алгоритмов часто вызывает сложности. Выбор эффективных алгоритмов параллельного программирования – это и в самом деле вопрос не простой. С целью развития лабораторного практикума по численным методам [1], который разработан авторами для изучения некоторых методов численного анализа студентами технических специальностей, был реализован вариант с использованием параллельного режима. Этот режим основан на применении двух библиотек Parallel Computing Toolbox (PCT) и Distributed Conputing Server (DCS) в среде MATLAB. По сравнению с другими средствами, которые могут помочь в решении задач в параллельном режиме, такими как Fortran, C++, mpC, Linda и другими, среда MATLAB является достаточно удобной для программирования, отладки и реализации параллельных алгоритмов [3].

115

Реализации параллельных алгоритмов посвящено огромное количество работ, в которых были успешно реализованы на языке С++ параллельные алгоритмы многих задач, например, решения системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ), методов матричного умножения, сортировки, решения дифференциальных уравнений в частных производных и т.д. [4]. Поэтому в лабораторном практикуме разработаны параллельные алгоритмы решения СЛАУ, аппроксимации функций, интерполирования функций полиномами и численного интегрирования в среде MATLAB. Параллельная технология вычислений в MATLAB. Компания MathWorks в новейших версиях MATLAB реализовала параллельную технологию вычислений с помощью двух взаимосвязанных библиотек Matlab: PCT и DCS. Такая технология была описана в [2]. Если параллельный код загружается на одном компьютере с помощью библиотеки PCT, то можно загружать одновременно не более 8 процессов. В случае, когда пользователь хочет загрузить более 8 процессов в одном компьютере или загрузить программный код на кластере, ему нужно установить, кроме библиотеки PCT, и библиотеку DCS, которая позволяет создавать один планировщик (Job Manager). При этом на всех узлах кластера должна быть установлена библиотека DCS, а обе библиотеки PCT и DCS нужно установить только на узле, где загружается параллельный код. Решение СЛАУ в параллельном режиме. В лабораторный практикум включены известные методы решения СЛАУ: методы Гаусса, Крамера и простой итерации. Реализация параллельного алгоритма решения СЛАУ методом Гаусса в системе MATLAB уже описана в [3]. В данной статье описана реализация параллельного алгоритма решения СЛАУ методом простой итерации. Подход, лежащий в основе параллельного решения СЛАУ AX=B методом простой итерации, заключается в том, что на начальной стадии (инициализации) производится разбиение матрицы A и вектора B на полосы и отправка их соответствующим процессам. Вектор P целиком отправляется всем процессам. После инициализации на всех процессах кроме первого процесса (labindex>1) производится вычисление векторов Xi=Bi-AiPi (i=2..numlabs, где numlabs – заданное число процессов), затем они отправляются их первому процессу (labindex=1) командой labSend(Xi,1,labindex). На первом процессе после вычисления вектора X1 и получения из других процессов векторов Xi командой labReceive(i,i), производится композиция вектора X. Этот вектор снова посылается остальным процессам в качестве вектора P для следующей итерации. Алгоритм продолжает работать до определенного числа итераций, либо до тех пор, пока решение X достигает заданной точности. Решение X хранится на первом процессе. Интерполирование функции полиномами в параллельном режиме. Задача интерполяции заключается в следующем. На отрезке [a, b] заданы (n+1) 116

точки x0, x1,..., xn которые называются узлами интерполяции, и значения некоторой функции f(x) в этих точках f(x0)=y0, f(x1)=y1,…, f(xn)=yn. Нужно вычислить значения f(xi) в точках, отличных от узлов (точки интерполирования) путем построения полинома Рn(x) степени не выше n, удовлетворяющего условию Рn(x0)=y0, Рn(x1)=y1,…, Рn(xn)=yn. Известны методы интерполирования полиномами Ньютона, Лагранжа и кубическими сплайнами. Рассмотрим интерполяционный полином Лагранжа, который имеет следующий вид: n n (x  x0 )(x  x1)...(x  xi1 )(x  xi1 )...(x  xn ) Pn (x)   yi   yi Pn (xi ) (1) (xi  x0 )(xi  x1 )...(xi  xi1)(xi  xi1)...(xi  xn ) i0 i0 Подход, лежащий в основе параллельного численного интерполирования полиномом, заключается в том, что на начальной стадии (инициализации) производится разбиение полинома Pn(x) следующим образом: n1

Pn ( x)   yi Pn (xi )  i 0

n2

n

 yi Pn (xi )  ...

in1 1

 y P (x ), i n

i

0  n1  n2  ...  nr 1  n

(2)

i nr 11

где r – заданное число процессов (r=numlabs). Каждый процесс вычисляет значение своей части полинома, затем отправляет результат первому процессу, который суммирует все полученные результаты других процессов. Численное интегрирование в параллельном режиме. Суть численного интегрирования – это замена подынтегральной функции f(x) вспомогательной функцией, интеграл которой легко вычисляется в элементарных функциях. Наиболее часто f(x) заменяют некоторым интерполяционным многочленом. В [3,6] уже описан алгоритм вычисления определенного интеграла в параллельном режиме с помощью встроенной функции MATLAB quadl() (Численное интегрирование методом квадратур Lobatto). В данной работе реализованы алгоритмы численного интегрирования методами прямоугольников, трапеций, Симпсона и Монте-Карло. Подход, лежащий в основе параллельного численного интегрирования функции f(x) на интервале (a, b), заключается в том, что на начальной стадии (инициализации) производится разбиение интервала (a, b) на равные подинтервалы, число которых равняется заданному числу процессов. Затем каждый процесс вычисляет значение интеграла на своем подинтервале и отправляет результат первому процессу. Первый процесс получает результаты других процессов и суммирует их. Аппроксимация функции в параллельном режиме. Задача аппроксимации заключается в замене исходной зависимости y=f(x), устанавливающей связь входного параметра x с выходным параметром y, которая может быть задана в виде таблицы с множеством значений {xi, yi}. Известная зависимость y=F(x), заменяющая исходную y=f(x), называется аппроксимирующей. Применение параллельных вычислений в задаче аппроксимации функции с помощью эмпирических формул в зависимости от алгоритма производится с 117

использованием команды parfor для вычисления среднего отклонения и уклонения от прямой. Такую программу называют частично параллельной, то есть, при её выполнении, наряду с последовательными, возникают вычисления, инициируемые параллельной конструкцией языка Matlab parfor. Ниже приведен фрагмент программы, где циклы Matlab parfor использовались для вычисления коэффициентов k, b, среднего отклонения и уклонения от прямой (msum и devl). parfor i=1:n sumX2=sumX2+(X(i)-Xmean)*(X1(i)-Xmean); sumXY=sumXY+(Y(i)-Ymean)*(X(i)-Xmean)'; sum2Y=sum2Y+Y(i)*Y1(i); end k=sumXY/sumX2; b=Ymean-k*Xmean; ………. parfor i=1:n sumXY=sumXY+(Y(i)-k*X(i)-b)^2; end msum=sqrt(sumXY/n); devl=sqrt(sumXY/sum2Y); Экспериментальная часть. Запуски алгоритмов были произведены в 3 режимах: последовательном, параллельном при использовании 2 процессов на двухядерном процессоре и параллельном при использовании 4 процессов, созданных под планировщиком MyJobMgr на 2 узлах node1, node2. Узлы представляют собой двухядерные процессоры с локальной оперативной памятью 4 Гб, объединенные в локальную вычислительную сеть с пропускной способностью 100 Мб/с. Ниже показаны графики сравнения времени интерполирования методом Лагранжа при увеличении количества узлов интерполирования до 2048.

118

Рис. 1. Интерполирование полиномом Лагранжа Аналогичные вычисления проводились для алгоритмов численного интегрирования, решения СЛАУ методом простой итерации и аппроксимации функций. Заключение. Результаты экспериментальной части показывают, что эффективность параллельного алгоритма по сравнению с последовательным алгоритмом проявляется при больших порядках исходных данных (порядке СЛАУ, числе узлов интерполирования...). Это естественно, так как при малых порядках время, затрачиваемое на настройку параллельного режима работы и обмен данными между процессами, превышает выигрыш от параллельной работы. Литература 1. Нгуен Зуи Тхаи. Разработка лабораторного практикума по численным методам в системе MATLAB // Тез. докл. конф. “Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов российских вузов”. – Томск, 2011. – С. 153-156.

2. Нгуен Зуи Тхаи. Параллельное программирование: способ повышения производительности вычисления в системе MATLAB // Тез. докл. конф. “Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов российских вузов”.

– Томск, 2011. – С. 149-153.

3. Оленёв Н. Н., Печёнкин Р. В., Чернецов А. М. Параллельное программирование в MATLAB и его приложение. М.: Вычислительный центр ИМ. А.А Дородницына РАН, 2007. – 133 с.

4. Гергель В. П., Строгин Р. Г. Основы параллельных вычислений для многопроцессорных вычислительных систем. – Нижний Новгород: Изд-во ННГУ им. Н.И. Лобачевского, 2003. – 184с.

119

5. MATLAB Distributed Computing Server Installation Guide. The Math Works, Inc. 2002.

6. Сайт www.mathworks.com. Solving Large-Scale Linear Algebra Problems Using SPMD and Distributed Arrays.

Соболева Е.С. РОЛЬ ГОСУДАРСТВА В БАНКОВСКОМ СЕКТОРЕ РФ Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва Soboleva E.S. THE ROLE OF THE STATE IN THE BANKING SECTOR OF THE RUSSIAN FEDERATION National research nuclear university "MEPHI", Moscow Soboleva E.S. is a graduate student of chair «Economy and management in industry» На данный момент в экономике РФ практически во всех ее основных секторах есть организации с государственным участием. Современная экономическая теория говорит о необходимости снижения участия государства в экономике для возможности нормального функционирования рынка. Однако история последних лет, в том числе, современный европейский кризис говорит о том, что нельзя данный вопрос однозначно разрешить в ту или иную сторону. Рассмотрим в разрезе данной тематики банковский сектор РФ. На данный момент в современном банковском секторе РФ существует ряд банков, которые по тем или иным причинам в определенном соотношении принадлежат государству. За последние пять лет правительство РФ неоднократно заявляло о необходимости передачи доли государства в крупных корпорациях и банках в собственность частным лицам. Однако до сих пор госучастие в банках остается – рассмотрим насколько это правильно, и какую роль должны такие банки играть в современной экономике. Ни для кого не секрет, что банковский сектор РФ начал свое формирование только в 90 годы со времени распада СССР. До тех пор существовал госбанк который выполнял все необходимые функции кредитной организации и, в том числе, определенные соцфункции. После создания банковского сектора в 90 годы, в связи с отсутствием банковского законодательства в необходимом объеме, на рынке появилось много коммерческих банков, которые, зачастую, представляли собой карманные банки того или иного предприятия. Соответственно, в кризис 98 года большая часть стихийно созданных банков так же стихийно закрылась, не выдержав кризиса ликвидности. Соответственно, на данный момент банковский сектор представляет собой более или менее развитую структуру из коммерческих 120

банков разного уровня, как то дочерние структуры крупных западных банков, крупные коммерческие банки с государственным участием и остальные коммерческие банки. Так какова же роль государства в современной банковской структуре? Рассмотрим собственно определение банка с государственным участием. Банк с государственным участием – кредитная организация, на принятие решений в которой государство оказывает существенное влияние. Принято считать, что гос. участие в банковской системе сказывается на ее стабильности и надежности. Кроме того, создание банков с государственным участием, как правило, объясняется тем, что существуют сектора экономики, финансирование которых потенциально либо невыгодно, либо слишком рискованно для частных финансовых институтов, например, сельское хозяйство и другие аналогичные отрасли. Государственное влияние на деятельность банков может осуществляться в разной степени. Здесь можно рассматривать следующие их виды. Полностью государственные банки. Классический пример такой организации – Банк России. Кредитные организации, контрольные пакеты акций которых принадлежат государству. Причем, какая-то часть собственности в таких банках может принадлежать частным инвесторам, в том числе, и иностранным. Такими кредитными организациями являются Сбербанк, ВТБ. Банки, где государство владеет блокирующим пакетом акций. Финансовые организации, которыми государство владеет не напрямую, а опосредованно через принадлежащие ему холдинги и предприятия, управляющие, в свою очередь, банками. Например, государству принадлежит пакет акций нефтегазовой компании, владеющей банком. Банки, оказавшиеся под управлением государственных органов в результате применяемых к ним процедур по результатам деятельности. Например, кредитные организации, где действует внешний управляющий, направленный Банком России, или где проводится процедура санации Агентством по страхованию вкладов. Кредитные организации, куда направлен уполномоченный представитель ЦБ. Как правило, это происходит тогда, когда государство или Центробанк выделяет крупный кредит коммерческому банку. Роль государственных кредитных организаций в банковской системе РФ оценивается неоднозначно. С одной стороны, во времена кризиса именно они получают в первую очередь государственную поддержку в виде кредитов под низкий процент, обеспечивая тем самым ликвидность платежной системы. Такие банки служат оплотом надежности для частных компаний и частных вкладчиков, проводят государственную политику по снижению процентных ставок для реального сектора экономики, задают общий уровень цен ипотечного кредитования, а значит, содействуют тому, чтобы россияне могли покупать жилье. С другой стороны, система государственного участия в банковском секторе создает не в полной мере честную конкуренцию, поскольку 121

такие кредитные организации имеют доступ к более дешевым финансовым ресурсам. В мировой практике развитых стран роль государства в банковском секторе зачастую ограничена. Обычно оно занимается регулированием финансовой системы в целом, в лучшем случае оказывает помощь кредитным учреждениям в ситуации кризиса. Долевое участие в финансовых институтах характерно в большей степени рынкам развивающихся стран. И в исторической перспективе постепенно происходит отказ от государственного вмешательства в банковский сектор по мере развития экономики. Приватизация и укрупнение - два основных тренда в развитии российской банковской системы [1]. Снижение гос. доли в крупнейших банках страны ВТБ и Сбербанке – означает, что финансовый сектор либерален и основан на частном капитале. Но как выявил кризис, самые развитые страны, где гос. участие стремится к нулю, оказались наименее устойчивыми перед катаклизмом. С другой стороны, даже минимальное гос.участие в банковском капитале нарушает баланс интересов. Осенью прошлого года по распоряжению правительства РФ гос. доля была уменьшена в основных банках, таких как Сбербанк и ВТБ. Также в прошлом году был разработан и принят закон, ужесточающий требования к обеспеченнности коммерческих банков собственными ресурсами, а именно, к размеру уставного капитала. Этот закон направлен на минимизацию рисков ликвидности, однако корректность его требований до сих пор является предметом спора аналитиков, так как наличие достаточного капитала зачастую не гарантирует качество его распределения и управления, а значит, закон всего лишь необходимая, но не всегда достаточная мера для минимизации риска ликвидности конкретного коммерческого банка. А значит, для снижения данных рисков и возможности минимизации участия государства, помимо прочего, необходимо разработать комплекс мер, закреплённых законодательно, которые позволят системно снижать риски в банковском секторе РФ, как то риски ликвидности, риски при инвестировании в инновации и пр. Для того чтобы оценить необходимость гос. участия в современном банковском секторе, достаточно проанализировать те задачи, которые на данный момент крупные банки с гос. участием решают: – Социальные программы государства (субсидии, льготные ставки и пр.). На данный момент реализация различных государственных программ по поддержке населения может быть проведена только на основе банков с гос. участием.

– Инновационное развитие (финансирование инноваций). Правительство РФ запланировало на 2012 год обширную программу инноваций, соответственно, инвесторами программы должны выступать банки с гос.участием (масштабные вложения в НИОКР, производство и закупка современных товаров и услуг на внутреннем рынке). Так как инновационное кредитование сопряжено с дополнительными высокими рисками, брать их на себя ком. банки не готовы хотя бы в силу действующих нормативов и 122

требований регулятора, соответственно, основными участникам будут выступать банки с гос.участием.

– Долгосрочное финансирование стратегических отраслей и масштабных проектов по модернизации. Так как данные проекты являются капиталоемкими, имеют длительный период окупаемости и несут повышенные риски, то это должно быть задачей специализированных государственных банковских институтов, конечно, не исключая и участия частного капитала. На основании вышеизложенного анализа, мы можем сделать вывод о том, что участие государства в банковском секторе необходимо, однако тенденция развития должна быть направлена на его минимизацию. Данная тенденция также должна проходить с учетом проработки и применения на практике комплекса мер, закрепленных законодательно, которые позволят минимизировать риски на данном рынке, такие как риск ликвидности, риски инвестирования в инновационные проекты и прочие, которые на данный момент сдерживают участие коммерческих банков в полной мере в развитии экономики РФ. Литература 1. В.А.Гамза, И.В.Пашковская Финансовый университет при Правительстве РФ, «К вопросу о новой банковской Стратегии» Банки и деловой мир, сентябрь 2011 г., № 9.

Сорокин С.В., Апраушева Н.Н. ОБНАРУЖЕНИЕ НЕОДНОРОДНОСТИ СТРУКТУРЫ ИССЛЕДУЕМОЙ ВЫБОРКИ Учреждение РАН Вычислительный центр им. А. А. Дородницына, Москва, Россия Sorokin S.V., Aprausheva N.N. DISCOVERY OF THE UNHOMOGENEITY STRUCTURE OF THE INVESTIGATED SAMPLE Institution of Russian Academy of Sciences Dorodnicyn Computing Centre of RAS, Moscow, Russia При статистическом исследовании реальной выборки необходимо предварительное знание её структуры: однородна ли она в некотором смысле, или содержит отдельные сгустки своих элементов — классы или кластеры. Под кластером обычно понимается такое непустое подмножество данного множества, в котором все его элементы более близки друг к другу в некотором смысле, чем к другим элементам, не принадлежащим этому подмножеству. Общепринятого определения кластера не существует [1].

123

Классификация реальных объектов, проводимая разнообразными математическими алгоритмами, приводит, как правило, к различным результатам. При этом не исключено формальное разделение исходного множества объектов на группы, не являющиеся кластерами [2]. Поэтому возникает необходимость до проведения классификации исходного множества иметь информацию о его структуре, что намного упростит его исследование. Например, поможет пользователю выбрать оптимальный алгоритм классификации в каждом конкретном случае. Изложенный в этой работе подход позволяет обнаружить классы с резко различающимися плотностями точек, оценить меру близости классов, число классов, их максимальный диаметр и другие характеристики.

1. Постановка задачи и методы её решения Данное множество p-мерных наблюдений X’ = {X1, X2, … Xn}, n ≥ 6, (1.1) Xj = {x j1, x j2, … xjp}, p ≥ 1, –∞ < x ji <∞, j = 1, 2, …, n, i = 1, 2, …, p, рассматривается как реализация некоторой непрерывной случайной p-мерной величины ξ = ( ξ1, ξ2, …, ξp) с унимодальной или мультимодальной плотностью вероятности f(X), ξ∈ X, X’⊂X⊂Rp, Rp — p-мерное пространство, X — генеральная совокупность. Определение 1.1. Класс ωs множества есть его выпуклое подмножество близких по расстоянию элементов, ωs , s∈{1, 2, …,k}, 1≤k<n. При k ≥ 2 центры тяжести всех классов μs различны, μ1≠μs,. s = 2, 3, …, k. По данным наблюдениям (1.1) необходимо установить однородно ли множество или состоит из кластеров, =

,

= 1, 2, … , ,

и оценить меру удалённости кластеров друг от друга, их число, средние значения, диаметры, веса и некоторые другие характеристики. Для получения такой информации зададим на множестве X’ подходящую метрику, например, евклидову [3]: =

−

,

,

∈

.

(1.2)

Вычислив по формуле (1.2) расстояния между всеми различными точками множества и упорядочив их по возрастанию, получим основной вариационный ряд (ОВР) подмножества : = ( − 1)/2.

(1.3) ( ) ≤ ( ) ≤ ⋯ ≤ ( ), Идея разработанного подхода к исследованию структуры множества базируется на следующих утверждениях [4]. Утверждение 1.1. Если множество состоит из ( ≥ 2) далеко отстоящих друг от друга кластеров, то функция плотности вероятности 124

расстояний между всеми его различными точками ( ) имеет хотя бы один локальный минимум (ЛМИН). Кластеры далеко удалены друг от друга, если минимальное межклассовое расстояние не меньше максимального внутриклассового расстояния. Число ЛМИН функции ( ) зависит не только от меры удалённости кластеров, но и от их взаимного расположения. Для = 3 максимальное число ЛМИН функции ( ) равно 3. Утверждение 1.2. Если множество X однородно, т.е. представляет собой один кластер в смысле определения 1.1, то функция ( ) имеет только один экстремум — локальный максимум (ЛМАКС). Для ≥ 2 при отсутствии локальных минимумов у функции ( ) не исключено их существование у плотности вероятности расстояния ( ) отдельного признака (координаты) , ∈ {1, 2, … , }. = − , = 1, 2, … , − 1, = 2, 3, … , . Определение 1.2. Признак , ∈ {1, 2, … , } называется информативным, если его плотность вероятности ( ) имеет хотя бы один локальный минимум. В противном случае признак называется неинформативным. Число информативных признаков обозначим через ′, 1 ≤ ′ ≤ . Если < , то ОВР целесообразно строить по набору всех информативных признаков, обнаруживаемых среди исходных признаков выборки (1.1) или скрытых, получаемых методами факторного анализа [5]. Существование ЛМИН-ов у функции ( ) порождается не только большой удалённостью кластеров, но и наличием кластеров с резко различающимися плотностями точек. На рис. 1 представлены такие кластеры, а на рис. 2 — соответствующий им график плотности вероятности ( ).

Рис. 1.

125

Рис. 2. Определение 1.3. Кластеры , с резко различающимися плотностями точек есть кластеры, в которых среднее значение минимальных расстояний в одном из них много больше среднего значения минимальных расстояний в другом, ̅ ( ) ≫ ̅ ( ), ≠ , , ∈ {1, 2, … , }. Определение 1.4. Минимальное расстояние от точки есть расстояние до её ближайшей соседней точки: ′( ) = min , , , ∈ ′, ≠ , , = 1, 2, … , .

(1.4) Упорядоченное по возрастанию множество минимальных расстояний назовём минимальным вариационным рядом, ВР : ′( ) ≤ ′( ) ≤ ⋯ ≤ ′( ) .

(1.5) Очевидно, имеют место следующие утверждения. Утверждение 1.3. Если множество имеет кластеры с резко различающимися плотностями точек, то плотность вероятности ВРmin ( ) имеет хотя бы один ЛМИН или очень «длинный хвост». Итак, индикатором существования кластеров на множестве является наличие ЛМИН хотя бы у одной из функций ( ), ( ) .

2. Статистически значимый локальный минимум гистограммы Пусть гистограмма наблюдений, например (1.3), построенная в соответствии с рекомендациями использования того или иного статистического ], [ , ] критерия [6], имеет ЛМИН на отрезке , , а на отрезках [ , — локальные максимумы (ЛМАКС), ближайшие к этому минимуму (рис. 3). Для определённости положим ( ) ≤ ( ), ≤ , ≤ , ), [ , ). где ( ), ( ) — значения гистограмм в полуинтервалах [ , ) гистограмма имеет наименьший из По предположению, в промежутке [ , двух рассматриваемых максимумов.

126

Рис. 3. Определение 2.1. ЛМИН, наблюдаемый в полуинтервале , гистограммы, назовём статистически значимым (СЗЛМИН), если на выбранном ) , уровне значимости , ( > 0) в минимальном промежутке , содержащем этот ЛМИН и наименьший из двух ближайших к нему ЛМАКС, отвергается гипотеза о постоянстве функции ( ), ), : ( ) = 1/( − ), ∈ , (2.1) ( ) — монотонно возрастающая (убывающая) при альтернативе , : ). функция при ∈ , В противном случае, если гипотеза на выбранном уровне значимости принимается, то наблюдаемый ЛМИН гистограммы назовём статистически незначимым. Очевидно, если в промежутке , гистограмма имеет СЗЛМИН на выбранном уровне значимости , то соответствующая ей неизвестная функция ( ) в этом промежутке имеет ЛМИН с вероятностью 1 − . Так как расстояния между элементами выборки (1.1) не являются независимыми случайными величинами, то использование известных статистических критериев для проверки гипотезы для ОВР некорректно, кроме использования критерия Вилкоксона. В [7] показано, что при достаточно большом объёме выборки зависимость расстояний не влияет на распределение статистики Вилконона , что подтверждено результатами экспериментов, приведёнными в [4]. Но вполне корректно использование многих статистических критериев для проверки гипотезы на гистограмме отдельных признаков.

3. Оценивание числа кластеров Рассмотрим случай, когда среди кластеров множества нет кластеров с резко различающимися плотностями точек.

3.1. Оценивание снизу 3.1.1. Оценивание по числу СЗЛМИН гистограммы ОВР Максимальное число ЛМИН-ов функции плотности вероятности ( ) равно числу сочетаний из по 2.

127

Если

= ( − 1)/2.

— наблюдаемое число СЗЛМИН гистограммы наблюдений (1.3), то ≤ ( − 1)/2.

Отсюда 1 + (1 + 8 )

≥

/2 −

+ 1,

(3.1)

где [ ] — целая часть , — малое положительное число.

3.1.2. Оценивание по числу однородных пар множества × Определение 3.1. Пара точек , , , ∈ ′ , ≠ , , = 1, 2, … , , однородна, если каждая её точка принадлежит одному кластеру: ∈ , ∈ , ⊂ ′ , ∈ {1, 2, … , } , и неоднородна в противном случае, т.е. ∈ , ∈ , ≠ , ⊂ ′, ⊂ ′, ≠ , , ∈ {1, 2, … , }. Установим зависимость между числом кластеров и их априорными вероятностями (весами), 0≤

≤ 1,

= 1, 2, … , ,

= 1.

(3.2)

Если — априорная вероятность класса ⊂ ′, то вероятность выбора однородной пары объектов , из класса равна . Вероятность того, что наугад выбранная пара точек , однородна, равна ∑ , а вероятность того, что эта пара неоднородна, равна 1 − ∑ . Введём обозначения (

,

,…,

)=

,

(3.3)

В [4] доказана следующая теорема. Теорема 3.1. Наименьшее значение функции ( , ,…, ) , определённой в (3.3) при любом фиксированном значении ≥ 2 и условиях (3.2), равно 1/ : min ( , , … , ) = 1/ , (3.4) ,…, и оно достигается в точке 1 (3.5) = =⋯= = . Так как для любого

≥2 ≥

то для

1

,

(3.6)

имеем оценку снизу ≥

1

.

(3.7) ∑ Если классы равновероятны, то в последнем соотношении достигается равенство.

128

При обнаружении СЗЛМИН на гистограмме ОВР находится оценка функции [4]. Пусть — середина отрезка гистограммы ОВР, в котором достигается первый СЗЛМИН (нумерация идёт слева направо), и пусть — число членов ОВР, не превышающих : =

max

()

.

Тогда число однородных пар множества относительная частота равна = (2 + )/ . В силу соотношений (3.3), (3.7) и (3.8) имеем ≥

+ , 2 + где — малое положительное число. Для диаметров классов имеем оценку max ≤ , = 1, 2, … , .

×

равно 2 +

, а их (3.8) (3.9)

(3.10)

3.2. Оценивание сверху 3.2.1. Тривиальная оценка Если — число элементов множества , то ≤ , что используется в построении многих алгоритмов кластер-анализа [8].

3.2.2. Оценка по числу инвариантных пар Определение 3.2. Пара точек ( , ), , ∈ , инвариантна, если каждая её точка является ближайшей соседней для другой: min ( , ) = , , min ( , ) = ( , ) ≠ , ≠ , , = 1, 2, … , , , ∈ {1, 2, … , }. Каждый кластер ωs , содержащий не менее двух точек, ≥ 2, имеет хотя бы одну инвариантную пару. Если — число инвариантных пар множества , то для числа кластеров имеет место оценка ≤ . Эксперименты показали, что растёт с увеличением объёма выборки , составляя от него 20–30%. Поэтому для уточнения верхней границы целесообразно разработать алгоритмы уменьшения числа инвариантных пар, например, путём их кластеризации, удаления точек, составляющих каждую инвариантную пару и др. [4].

4. Анализ вариационного ряда минимальных расстояний Вариационный ряд минимальных расстояний определён в (1.4), (1.5). Среди элементов ( ) , = 1, 2, … , могут быть равные, ввиду существования инвариантных пар точек.

129

Очевидно, если число СЗЛМИН гистограммы в равно , то множество , содержит не менее + 1 кластеров с различной плотностью точек, (4.1) ≥ + 1. Возможны случаи, когда на гистограмме неизвестной функции ( ) не обнаруживается СЗЛМИН тогда, когда она его имеет. Поэтому целесообразно рассмотреть множество отношений = ( )/ ( ) , = 1, 2, … , − 1.

(4.2) При существовании на множестве кластеров с резко различающимися плотностями точек в значениях должны наблюдаться скачки, т. е. при некотором должно выполняться соотношение ≫ , ∈ {1, 2, … , − 1}.

(4.3) Число скачков ̃ в значениях , = 1, 2, … , − 1 , даёт оценку для числа подмножеств с резко различающимися плотностями точек. Для числа кластеров имеем (4.4) ≥ ̃ + 1. Эксперименты показали, что неравенство (4.3) можно считать выполненным при / ≥ 1.5 [4]. Если на гистограмме ВР обнаружен СЗЛМИН, или для , , … , выполняются соотношения (4.3), то необходимо из множества выделить подмножество с почти равными плотностями точек ,

,…, ,

< ,

и строить ОВР для каждого подмножества

=

,

, = 1, 2, … , .

5. Общая схема исследования структуры данного множества Для корректного применения предлагаемого подхода к исследованию структуры множества должно выполняться лишь предположение, что оно представляет собой репрезентативную –мерную выборку из некоторой генеральной совокупности непрерывной случайной величины . Схему исследования структуры этого множества кратко можно свести к следующим пунктам.

1. На множестве задаётся подходящая метрика. Выбор метрики определяется содержательным смыслом признаков, описывающих данные наблюдения.

2. Строятся вариационный ряд минимальных расстояний ВР , его гистограмма, а также множество отношений каждого члена ВР к его предыдущему. Если гистограмма ВР имеет СЗЛМИН, или в значениях элементов множества (4.2) наблюдаются скачки, то исследуемое множество содержит кластеры с резко различающимися плотностями точек.

3. Строится ОВР множества или, при наличии кластеров с резко различающимися плотностями точек каждого выделенного подмножества , 130

= 1, 2, … , , исследуется гистограмма ОВР. Для обнаружения кластеров, оценивания их числа и некоторых параметров используются утверждения и формулы п.п. 1–4. Представленные методы исследования структуры множества были успешно применены для обнаружения неоднородности распределения тяжёлых металлов в почве [9]. Литература 1. Сокал Р. Р. Кластер-анализ и классификация: предпосылки и основные направления // Классификация и кластер. М.: Мир, 1980. С. 7–19.

2. Радкевич И. А. Некоторые вопросы обработки и интерпретации данных. М.: МТЭФ, 1984. 34 с.

3. Люстерник Л. А., Соболев В. И. Элементы функционального анализа. М.: Наука, 1965. 519 с.

4. Апраушева Н. Н. Новый подход к обнаружению кластеров М.: Вычислительный центр РАН, 1993.

2. Окунь Я. Факторный анализ М.: Статистика, 1974. 196 с.

3. Крамер Г. Математические методы статистики. М.: Мир, 1976. 648 с.

4. Орлов А. И. О развитии математических методов классификации. Заводская лаборатория, 2009, т. 75, № 7.

5. Загоруйко Н. Г., Ёлкина В. Н., Лбов Г. С. Алгоритмы обнаружения закономерностей. Новосибирск: Наука СО, 1985. 110 с.

6. Zakirov A., Frolova L., Koroleva T. Method of unhomogeneties discovery of heavy metals distribution in a soil. The XVI Intern. Symposium of Soils. Montpellier, 1998.

Сухарев А.А., Гук Е.Г., Подласкин Б.Г. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ ВРЕМЕННЫХ ШУМОВ КАНАЛА СВЯЗИ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия Sukharev A.A., Guk E.G., Podlaskin B.G. ANALYSIS OF POSSIBILITY OF TEMPORAL NOISE SPATIAL LOCALIZATION IN CASE OF IMAGE TRANSMISSION Ioffe Physical Technical Institute of the Russian Academy of Sciences, St.Petersburg, Russia Постановка задачи Теория пространственной локализации временного шума каналов связи на основе предварительного преобразования сигналов с помощью преобразования Адамара была развита ранее в ряде работ [1,2]. Процесс 131

пространственной локализации дисперсии временного шума в этих работах рассматривался применительно к аналоговому типу канала связи и передаваемых сигналов. При последовательной передаче по каналу связи элементов матрицы спектральных коэффициентов W=HF, полученных в результате двумерного преобразования Адамара H над изображением F. При обратном преобразовании восстанавливается новое изображение F, представляющее собой сумму исходного изображения F и аддитивного члена H-1(L-1), который является изображением спектра шума  в базисе H, то есть: F=F+H-1(L-1) (1) Однако в настоящее время подавляющая часть вычислительной, измерительной техники и систем связи основаны на использовании не аналоговых, а цифровых устройств. Целью работы является анализ возможности пространственной локализации временных шумов цифрового канала связи при передачи по нему двумерных изображений. В своей работе мы рассматриваем простейшие цифровые сигналы, каждый элемент которых может принимать всего два значения – двоичная единица (s1) или двоичный нуль (s2). Соответствующей моделью канала является двоичный симметричный канал с гауссовым шумом, заданной спектральной плотности. Плотность вероятности p случайного гауссова шума n0 выражается как:

p ( n0 ) 

 n02  exp  , 2  2  2 2   1

(2)

Где δ2 – дисперсия шума. В случае аналогового сигнала, шум канала связи приводит к наличию на выходе демодулятора передаваемого сигнала и наложенной на него шумовой составляющей. В случае же передачи дискретных сигналов шумы на выходе детектора проявляются в виде ошибок принятия решения о дискретном значении сигнала. Такое решение осуществляется посредством выбора значения при пороговом измерении. Кроме описанных, существуют и другие особенности цифровых сигналов и их регистрации, требующие внесения изменений в методы расчета оценки шумовых характеристик. В отличие от аналогового канала, где оценка зашумленности зарегистрированного на его выходе сигнала определялась по величине дисперсии присутствующего в сигнале шума, при передаче цифрового сигнала достоверность результата определяется вероятностью ошибки регистрации нуля или единицы принятого сигнала. Особенности пространственной локализации шума в цифровом канале Оценка вероятности ошибки 1-разрядных слов представляет интерес в том случае, когда по каналу связи передаются однобитовые посылки, не связанные между собой в слова, например, в случае, когда посылки передаются поочередно из различных массивов данных. В этом случае их вероятности 132

ошибок должны оцениваться с равным весом. При передаче же последовательности битов, образующих цифровой символ (слово) и содержащих q разрядов каждый из разрядов имеет различную информационную ценность или вес. Поэтому суммарная ошибка определения слова находилась с учетом значимости каждого разряда в рамках схемы передачи сигнала, подробно описанной в работе [3]. Для исследования передачи цифрового сигнала был проведен модельный эксперимент по исследованию распределения шума при передаче сигнала в канале в рамках указанной схемы. В результате моделирования были получены распределения ошибок, которые в пространстве восстановленного изображения проявляют себя в виде шума. Ниже приведены результаты проведенных исследований. Распределения шума, полученные в случае передачи 1-разрядных и 4-разрядных слов для одинарного и двойного преобразований Адамара при соотношении сигнал/шум равном 1.0 (по мощности) представлены на Рис.1-4 и Рис.5-8, соответственно. Распределение шума в модельном эксперименте в условиях передачи цифрового сигнала соответствует распределению дисперсии шума, рассчитанной по заданным характеристикам шума для случая передачи аналогового сигнала [2]. Для представленных на Рис.1-4 распределений шума при передаче 1разрядных слов, присутствуют лишь два цвета: черный, соответствующей наличию шума, превышающего критерий детектирования, и белый, свидетельствующий об обратном. На Рис.5-8 количество оттенков серого (от белого до черного) соответствует количеству разрядов двоичного разложения. Каждым из цветов отмечены величины шума, превышающие вес определенного разряда. Большие величины шума отмечены более темными цветами. Для представленных распределений шума при передаче 4-разрядных цифровых слов, задействовано 4 оттенка, соответствующих величинам шума превышающих величины весов соответствующих разрядов двоичного разложения, т.е. для 4-разрядных слов – 1, 2, 4 и 8. Белым цветом отмечены величины шума, не превышающие величину младшего разряда, т.е. меньшие 1.

«Increase» и «Inc_Even» это условные обозначения для способов упорядочивания базиса преобразования – по возрастанию секвенты и возрастанию четной секвенты, соответственно [2]. Распределение шума для 1-разрядных слов Одинарное преобразование Двойное преобразование

Рис. 1. «Increase».

Рис. 2. «Inc_Even».

Рис. 3. «Increase».

133

Рис. 4. «Inc_Even».

Распределение шума для 4-разрядных слов Одинарное преобразование Двойное преобразование

Рис. 5. «Increase».

Рис. 6. «Inc_Even».

Рис. 7. «Increase».

Рис. 8. «Inc_Even».

На Рис.9-11 приведены результаты передачи изображения (Рис.9) без использования преобразования Адамара (Рис.10) и с использованием двойного преобразования Адамара (Рис.11).

Рис. 9. Исходное изображение.

Рис. 10. Без преобразования Адамара.

Рис. 11. С двойным преобразованием Адамара.

Заключение В результате проведенного исследования подтверждена гипотеза о том, что для цифровых каналов, так же как и для аналоговых, можно использовать преобразование Адамара, как способ борьбы с шумом канала на основе метода пространственной локализации шума. Литература 1. Подласкин Б.Г. Пространственная фильтрация временного шума при реализации преобразования Адамара на фотоприемной матрице // ЖТФ. – СПб., 2007. – Вып. 77(4). С. 139-142.

2. Подласкин Б.Г., Гук Е.Г. и Сухарев А.А. Развитие теории двумерного преобразования Адамара для пространственной локализации аддитивного шума // ЖТФ. – СПб., 2008. – Вып. 78(8). С. 9-13.

3. Подласкин, Б.Г., Гук, Е.Г., Сухарев, А.А. Особенности пространственной локализации временного шума в цифровых каналах связи // ЖТФ. – СПб., 2011.

– Вып. 81(4). С. 20-23.

134

Фанасков В.С., Степанов Ю.А. К ВОПРОСУ О ПРИМЕНЕНИИ АДАПТИВНЫХ МОДЕЛЕЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ГИС Новокузнецкий институт (филиал) КемГУ, Новокузнецк, Россия Fanaskov V.S., Stepanov Y.A. TO THE ISSUEOF USE ADAPTIVE MODEL FOR SOFTWARE DEVELOPMENT OF THE SPECIALIZED GIS Novokuznetsk Institute (branch) of Kemerovo State University, Novokuznetsk, Russia Круг задач, решаемых с использованием специализированных геоинформационных систем (ГИС), определяется предметной областью. Предметная область определяет специфику организации, анализа пространственных данных и задаёт ограничения возможностей системы в целом. Такой подход позволяет получить необходимое программное приложение для решения прикладных задач. Однако если предметы задачи подразделяются на несколько классов, или одни и те же задачи всегда решаются разными методами, достаточная гибкость подсистемы не гарантируется. В этом случае целесообразно применять адаптивный подход для реализации альтернативных вычислительных моделей. В настоящее время, в индустрии разработки программного обеспеченияГИС, преобладает использование императивных моделей с объектноориентированной организацией кода. Это связано с тем, что такой подход представляет собой компромисс между скоростью разработки и качеством программного обеспечения. При разработке инструментальных систем могут применяться более гибкие методики, основанные на обобщённом программировании и конфигурировании классов по средствам использования метапрограммирования. Используя адаптивный подход, система может инстанцировать модели состояний в зависимости от контекста [1]. Большая часть поведения системы определяется набором объектов, объединённых общей конфигурацией. Такой механизм позволяет создавать системы различного назначения со схожей архитектурой. Система с адаптивной объектной моделью содержит явную модель объекта, которую интерпретирует во время выполнения. Если модель объекта изменяется, система изменяет и её поведение [2]. Рассмотрим практический пример. Предположим, что необходимо создать специализированную ГИС, предметной областью которой является разработка месторождений полезных ископаемых. Наиболее часто подобные программы используются для разработки угольных и нефтегазовых месторождений. В общем случае, такая система должна содержать три подсистемы: подсистему, реализующую общие функции ГИС, подсистему 135

работы с СУБД и подсистему проведения анализа пространственных данных. При этом системы анализа для программы разработки угольных и нефтегазовых месторождений будут различаться. Возможно, что компания, пользующаяся данным программным продуктом, сменит специализацию на добычу алмазов. В таком случае, при классическом объектно-ориентированном подходе, программное обеспечение невозможно будет использовать без доработки фирмой-производителем. Фактически, придётся разработать новое программное обеспечение. Если система будет изначально построена с применением адаптивных моделей, такой ситуации не возникнет. При изменении подзадачи предметной области нужно будет подключить блок кода, определяющий поведение. Адаптивные модели могут успешно применяться и при классическом подходе, но максимальную пользу от их внедрения можно получить, используя внешние предметно-ориентированные языки программирования (DSL). Использование DSL позволит программистам более явно описывать свои намерения, кроме того, в разработке и настройке программного обеспечения могут принять участие специалисты в предметных областях. Это позволит максимально эффективно решать поставленные задачи, оперируя терминами предметной области. Использование адаптивных моделей в ГИС даёт ряд преимуществ. Такой подход позволяет осуществлять тонкую настройку анализа пространственных данных в зависимости от специфики предметной области. Использование DSL позволяет производить конфигурирование приложений без их полного изменения и внедрение элементов автоматизации в процесс настройки сложных систем. Благодаря привлечению экспертов в предметной области, можно получить программный продукт, результаты работы которого будут максимально соответствовать реальному положению дел. Несмотря на явные преимущества, применение адаптивных моделей имеет ряд недостатков. Главный недостаток адаптивных моделей: они довольно сложны для понимания [1]. В случае применения их в ГИС, зачастую, сложно бывает определить, как именно работает модель в данный момент. Решением этой проблемы может стать привлечение квалифицированных разработчиков. Литература 1. Фаулер М. Предметно-ориентированные языки программирования. Вильямс, 2011. - 576с.

2. Фанасков В.С. К вопросу о применении DSL в специализированных GIS /Фанасков В.С., Степанов Ю.А // XII Международная конференция "Информатика: проблемы, методология, технологии". 2012.

136

Ханжонков Ю.Б., Асцатуров Ю.Г., Семенов В.В. ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МАНЖЕТНЫХ УПЛОТНЕНИЙ Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, Шахты, Россия Hanzhonkov U.B., Astsaturov U.G., Semenov V.V. AN OPTOELECTRONIC DEVICE FOR INSPECTING RING SEALS South-Russian State University of Economics and Service, Shakhty, Russia Эффективность и долговечность работы агрегатов машин, имеющих вращающиеся детали, во многом зависит от надежности работы пары трения «манжетное уплотнение-вал», т.е. от характеристик поверхностного слоя детали, режима работы, типа и качества применяемых манжетных уплотнений. На герметичность манжетного уплотнения большое влияние оказывает площадь его контакта с валом. Недостатком известных устройств является невозможность одновременной фиксации параметров губы манжеты по всей поверхности контакта вала с манжетным уплотнением, а также невысокая надежность вследствие применения щеточных контактов в цепи передачи измерительного сигнала. Авторами разработано устройство для исследования манжетных уплотнений, позволяющее осуществлять непрерывный мониторинг и определять время от начала испытания манжетного уплотнения до нарушения его герметичности, производить оценку объёма протекания жидкости и динамики изменения этого объёма во времени. На рисунке 1 представлена конструкция устройства для исследования манжетных уплотнений. Устройство для исследования манжетных уплотнений, состоит из электродвигателя постоянного тока 3 с возможностью регулирования частоты вращения с помощью блока регулирования 4, тахогенератора 1, верхней 10 и нижней 17 частей корпуса стенда, а также насоса 19 с манометром 20, соединенных с верхней частью 10 корпуса шлангом высокого давления 21. Внутри корпуса устройства залита жидкость (масло, вода и т.д.) с флюоресцирующими добавками и, с целью недопущения её утечки, на исследуемом валу 9 устанавливаются манжетные уплотнения 12 и 22.

137

Рисунок 1- Устройство для исследования манжетных уплотнений. Нижняя часть 17 корпуса закреплена на раме 2. Исследуемый вал 9 устанавливается в подшипниках качения 11 и соединяется с выходным валом 5 электродвигателя 3 посредством специальной фрикционной муфты 6 с «карманами» для вставки грузиков с целью создания требуемой величины эксцентриситета, которая фиксируется лазерным виброметром 29. Фрикционная муфта 6 имеет рычаг 7 «включения-отключения» сцепления, который в позиции «включено» замыкает концевой выключатель 8, соединенный с персональным компьютером 34. Манжетные уплотнения 12 и 22 по внешнему контуру охватываются упорными кольцами 18 и 23, а внешняя торцевая поверхность манжеты 22 прижимается крышкой 24, которая фиксируются на шпильках 25 гайками. Ближайший к фрикционной муфте 6 подшипник 11 установлен внутри втулки 16. Давление, создаваемое насосом в корпусе, контролируется с помощью манометра 20. Упорные кольца разных толщин выполняются из пластмассы и служат для фиксации манжет разных диаметров при исследовании различных валов. Между подшипниками 11 и манжетой 12 устанавливаются дистанционные кольца 15. Крышка 13 фиксируется на шпильках 14 гайками. На раме 2 рядом с корпусом устройства со стороны противоположной электродвигателю 3 закреплен объектив 27 с обоймой светодиодов ультрафиолетового излучения 26 с управляемой диафрагмой 28. Система обработки светового сигнала, состоит из объектива 27, ПЗС- матрицы 30, усилителя 31, АЦП 32, блока управления 33 и персонального компьютера 34. Данное устройство позволяет исследовать манжетные уплотнения при различных условиях испытаний в зависимости от частоты вращения двигателя, от величины давления и вида жидкости. Так как в жидкости присутствуют 138

флюоресцирующие добавки, определение порога герметичности манжетного уплотнения происходит в тёмном помещении. Устройство работает следующим образом. Вначале подбираются и устанавливаются в «карманы» муфты 6 грузики, необходимые для создания требуемой величины эксцентриситета, которая контролируется виброметром 29. Вал 5 электродвигателя 3 набирает обороты, заданные блоком регулирования 4. По достижению необходимых для испытаний число оборотов, показываемых тахометром 1, рычаг 7 фрикционной муфты 6 устанавливается в положение «включено», замыкается концевой выключатель 8, и сигнал о начале испытаний поступает в компьютер 34. Вращение от вала 5 электродвигателя 3 посредством муфты 6 передаётся исследуемому валу 9, при вращении которого, вследствие вибрации губы манжеты 22, вызываемой микронеровностями поверхности вала 9, его эксцентриситетом, радиальным и осевым биением относительно корпуса устройства, возникает волна вибрации, проявляемая в виде микроподтеканий жидкости с флюоресцирующими добавками. Жидкость, находящаяся в корпусе устройства, имеет свойство светиться в видимом диапазоне волн под действием ультрафиолетового облучения. Когда в процессе испытания манжетного уплотнения 22 нарушается его герметичность и жидкость появляется на внешней стороне манжетного уплотнения, то при ультрафиолетовом облучении в темноте появляется светящееся кольцо. Изображение этого кольца через объектив 27, который имеет диаметр больший, чем диаметр вала 9, передаётся на ПЗС-матрицу 30, где преобразуется в аналоговый электрический сигнал. Этот сигнал усиливается усилителем 31 и передаётся на аналогово-цифровой преобразователь 32. Оцифрованный сигнал поступает на персональный компьютер 34, где он обрабатывается с помощью компьютерной программы. Блок управления 33 контролирует уровень аналогового сигнала и регулирует диафрагму 28 объектива 27 так, чтобы амплитуда аналогового сигнала находилась в пределах, необходимых для обеспечения диапазона аналогово-цифрового преобразователя 32, кроме того, блок управления 33 подаёт сигналы развёртки на ПЗС-матрицу 30 и синхронизирует работу ПЗСматрицы с персональным компьютером 34. Компьютерная программа позволяет определить время от начала испытания манжетного уплотнения до наступления порога нарушения его герметичности. Кроме того, зная угол наклона губы манжетного уплотнения относительно вала, по ширине светящегося кольца можно оценить объём протекания жидкости, а также оценить динамику изменения объёма протекшей жидкости. Внедрение устройства позволит уточнить механизм трения и износа пар трения «манжетное уплотнение-вал», и разработать на этой основе мероприятия по снижению износа валов насосов, редукторов и других 139

агрегатов, имеющих манжетные уплотнения, что даст значительную экономию денежных средств.

Черноморец А.А., Болгова Е.В. О ВНЕДРЕНИИ ИДЕНТИФИКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ В ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ СУБПОЛОСНОГО АНАЛИЗА-СИНТЕЗА Белгородский государственный национальный исследовательский университет, Белгород, Россия Chernomorets A.A., Bolgova E.V. EMBEDDING OF IDENTIFICATION INFORMATION INTO IMAGES BASED ON SUBBAND ANALYSIS-SYNTHESIS Belgorod state national research university, Belgorod, Russia В процессе производства мультимедийных продуктов одной из серьезных проблем является сохранение информации о производителе и авторе. Необходимость скрытия в файлах авторских сведений возникает, в большинстве случаев, при создании систем защиты от копирования, защиты авторских прав в процессе распространения в цифровом виде музыкальных, графических и других произведений. В данной работе решается задача скрытия информации, идентифицирующей автора и производителя, в изображениях. Для ее решения широко используется внедрение в мультимедийные объекты «цифровых водяных знаков». Большинство методов создания «водяных знаков» не обладают устойчивостью к внешним разрушающим воздействиям. Предложенный в данной работе метод внедрения информации в компоненты изображения, энергия которых полностью находится в заданных частотных интервалах, может быть использован при создании устойчивых (робастных) методов скрытия информации. Без потери общности информация, внедряемая в изображение-контейнер, также представлена в виде изображения. В работе [1] показано, что на основе субполосного анализа-синтеза обработка изображения-контейнера, заданного с помощью матрицы яркости W0  ( wik0 ) , i=1,2,…,N1, k=1,2,…,N2, и внедряемого изображения Y0, размерность которого J1xJ2 будет определена далее, выполняется на семействе центральносимметричных частотных интервалов, образуемых при разбиении частотной области D22  {(u, v ) |   u, v   } , на R1  R2 равновеликих частотных интервалов  r r , r1  1,2,..., R1 , r2  1,2,..., R2 . Субполосные преобразования изображений в отдельном частотном интервале  r r , r1  1,2,..., R1 , r2  1,2,..., R2 осуществляются с помощью субполосных матриц [2] Ar  (air1i ) , i1 , i2  1,2,..., N1 , и Ar  (a kr 2k ) , k1 , k 2  1,2,..., N 2 , соответствующих заданному частотному интервалу.

1 2

1 2

1

140

12

2

1 2

Рассмотрим частотный интервал  r r и соответствующие ему cубполосные матрицы Ar и Ar , которые обладают системой ортогональных собственных векторов. Создадим матрицы Q1r и Q1r , столбцы которых составлены из собственных векторов субполосных матриц Ar и Ar , соответствующих единичным собственным числам матриц Ar и Ar . Матрицы Q1r и Q1r имеют размерности ( N 1 , J 1 ) и ( N 2 , J 2 ) , соответственно, где J 1 и J 2 – 1 2

1

2

1

2

1

1

1

2

2

2

количество единичных собственных чисел матриц Ar и Ar . Можно показать, что выражение 1

2

Wr1r2  Q1r1Y0 (Q1r2 )T

определяет преобразование внедряемого изображения Y0, при котором энергия его образа (изображения) Wr r сосредоточена в частотном интервале  r r . Следующее соотношение определяет изображение W~1 , являющееся результатом внедрения изображения Y0 в контейнер W0, при котором энергия внедряемого изображения сосредоточена в заданном частотном субинтервале, W~1  W0  Y r r  K r r Wr r , где Yr r – результат субполосной фильтрации [3] изображения W0 в частотной области  r r , 12

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

T

Yr1r2  Ar1  W0  Ar2 , K r1r2 – коэффициент изменения энергии E (Wr1r2 ) внедряемого изображения в

выбранный частотный интервал по сравнению с частью энергии E r r (W0 ) контейнера в данном интервале, 1 2

K r1r2  K 0

E r1r2 (W0 ) E (Wr1r2 )

,

K0 – общий коэффициент внедрения. Для восстановления информации, внедренной в частотный интервал  r r изображения W~1 (изображение Y~1 ), следует выполнить преобразование Y~1  (Q1r )T W~1Q1r . Предложенный метод позволяет скрытно внедрять идентификационную информацию в различные изображения. Проведенные вычислительные эксперименты показали его достаточно высокую устойчивость к внешним воздействиям на изображение-контейнер в виде случайного аддитивного шума. Работа выполнена при поддержке ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры для инновационной России» на 2009-2013 годы, гос. контракт № 14.740.11.0390.

1 2

1

2

Литература 1. Жиляков Е.Г. Реализация алгоритма внедрения изображений на основе использования неинформационных частотных интервалов изображения-

141

контейнера / Е.Г. Жиляков, А.А. Черноморец, В.А. Голощапова // Вопросы радиоэлектроники, Сер. ЭВТ. - 2011. - Вып. 1. - С. 96-104.

2. Жиляков Е.Г. Метод определения точных значений долей энергии изображений в заданных частотных интервалах / Е.Г. Жиляков, А.А. Черноморец, И.В. Лысенко // Вопросы радиоэлектроники. Сер. РЛТ. – 2007. – Вып. 4. – С. 115-123.

3. Жиляков Е.Г. Оптимальная фильтрация изображений на основе частотных представлений / Е.Г. Жиляков, А.А. Черноморец // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ. – 2008. – Вып. 1. – С. 118-131.

Шарипова Н.Н., Третьяков В.Е., Завадская Э.А., Фурзикова Ю.Г. ИНТЕГРИРОВАННЫЕХРАНИЛИЩА ДАННЫХ ДЛЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМПРОЕКТИРОВАНИЯ ВСТРАИВАЕМЫХ СИСТЕМ Уральский Федеральный университет, г. Екатеринбург, Россия Sharipova N.N., Tretjakov V.E., Zavadskaja E.A., Furzikova J.G. INTEGRATED DATA WAREHOUSE FOR THE INTELLIGENCE EMBEDDED SYSTEMS AUTOMATIC DESIGN UralFederalUniversity, Ekaterinburg, Russia Одним из начальных этапов проектирования встраиваемых систем является разработка структуры аппаратно-программного комплекса в соответствии с заданными проектными требованиями. Следующий важный этап – это синтез его поведенческой модели на языке описания аппаратуры, например VHDL (стандарт IEEEStd 1076-1993 [1]), и верификация поведенческих моделей аппаратных блоков и управляющих алгоритмов с использованием системы моделирования (VHDL- симулятора). В настоящее время известны несколько систем автоматизированного проектирования встраиваемых систем, разработанных крупными зарубежными фирмами (такими, как CadenceDesignSystems, MentorGraphics и др.). Эти системы предоставляют проектировщику богатые возможности, в том числе, средства объектно-ориентированного проектирования и моделирования, удобные средства визуализации и др. Но, на наш взгляд, в существующих системах недостаточно полно автоматизирован начальный этап проектирования. Речь идет о возможности синтеза и верификации структуры модели устройства в спецификациях с тем, чтобы уже на начальной стадии проектирования подобрать такие варианты составляющих ее компонентов и соединений, которые по отдельности и в целом удовлетворяли бы проектной спецификации. Эти возможности могут быть реализованы путем разработки экспертной системы (ЭС), результатом использования которой будет 142

спецификация оптимальной структуры поведенческой модели разрабатываемого блока. Синтезированная в ЭС спецификация затем может быть передана в среду VHDL-симулятора для генерации VHDL-описания модели и дальнейшей ее верификации, что значительно упростит проектирование поведенческих моделей, повысит их качество и сократит время, затрачиваемое на тестирование модели. Авторами статьи разработана версия VHDL-симулятора для совместного аппаратно-программного проектирования, основанная на объектноориентрованных возможностях пакета ObjectiveVHDL [2].В качестве информационной основы симулятора реализовано интегрированное хранилище данных (ХД). ХД разработано по типу взаимосвязанных витрин данных, отражает информацию о состоянии разработок в организации и содержит как детальные, так и обобщенные данные о следующих процессах: – разработка моделей отдельных компонентов проектируемого устройства и синтез VHDL-описания всей модели, в соответствии со структурой; – верификация модели (сеансы моделированияс использованием VHDLсимулятора) и сохранение хронологической информации о проведенных сеансах и полученных результатах; – накопление банка разработанных проектов, моделей устройств и унифицированных управляющих алгоритмов; – управление разработками, контроль и анализ руководителями разных уровней процессов разработки. Данные в хранилище могут поступать из разных источников, они проходят контроль непротиворечивости, преобразуются в нужный формат и загружаются. В состав хранилища входят библиотеки моделей типовых устройств и оригинальных (разработанных ранее) моделей. В качестве технологии построения ХД была выбрана реляционная технология [3], т.е. хранилище структурно представляет собой совокупность взаимосвязанных реляционных таблиц по схеме «звезда». Для автоматизации начального этапа проектирования (синтез структуры модели по заданным проектным спецификациям) разработана и реализуется экспертная система продукционного типа [4]. В базе фактов (БФ) ЭС содержатся специального формата спецификации всех необходимых для синтеза модели компонентов. В виде аналогичной спецификации также представляются и проектные требования к разрабатываемому устройству. Для того чтобы использовать ХД как «фактологическую» основу для ЭС, в структуру хранилища введены объекты для хранения спецификаций представленных в нем моделей и проектных спецификаций. Предусмотрено несколько режимов работы с хранилищем, которые отражены в витринах: 1. Независимый режим, предназначенный для загрузки данных из источников, просмотра, модификации и ведения данных.

2. Режим работы во время сеанса моделирования, в котором предусмотрена связь с системой моделирования с целью извлечения данных, необходимых для проведения сеанса, и сохранения его результатов.

143

3. Режим работы с ЭС, предусматривающий как пополнение базы фактов необходимыми для синтеза структуры модели спецификациями компонентов, так и передачу на хранение проектных и синтезированных спецификаций.

4. Аналитический режим, предусматривающий получение итоговой и аналитической информации руководителями и ответственными разработчиками. Рассмотрим принципыфункционирования ХД как основы ЭС (Рис.1).

1. После ввода проектной спецификации в ЭС она должна быть передана в хранилище, где снабжается временным ключом и записывается в таблицу.

2. При необходимости пополнения (или начального наполнения) базы фактов ЭС формирует файл параметров, в соответствии с которыми будет производиться отбор компонентов из хранилища для пополнения БФ. Файл передается из ЭС в запросную систему хранилища.

3. В запросной системе хранилища генерируются необходимые запросы для отбора спецификаций нужных компонентов, которые собираются в специальном системном файле. Этот файл передается из хранилища в ЭС. Проектная спецификаци я

Синтезированная спецификация

Экспертная система

Система моделирования

Пополнение БФ

Данные для проведения сеанса моделировани я

Запрос фактов

Окончательная спецификация ( факт)

Хранилище

Результаты сеанса моделирования

Рис.1. Схема функционирования ХД как «фактологической» основы ЭС

144

4. После синтеза в ЭС структуры модели разрабатываемого устройства, синтезированная спецификация передается из ЭС в систему моделирования, где производится окончательная верификация модели. Если результаты моделирования удовлетворяют разработчика, то спецификация устройства сохраняется в ХД. Она затем может быть отобрана для пополнения БФ. Таким образом, ЭС и система моделирования, разработанные на единой информационной основе - интегрированном хранилище данных, фактически представляют собой Интеллектуальную Систему, в которой интегрированы традиционные информационные технологии баз и хранилищ данных, технологии имитационного моделирования (VHDL-симулятор) и технологии экспертных оценок и получения знаний. Работа выполнялась в рамках АЦВП «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)» Министерства образования и науки РФ, проект № 2.1.2/14116. Литература 1. IEEE Standard VHDL Language Reference Manual/ Std 1076-1993, reversion of IEEE Std. 1076-1987, 1994 2. G. Schumacher. Hardware Specification and Design with an ObjectOriented Extension to VHDL. Ph. D. dissertation. Oldenburg University, 1999 3. В.Е. Туманов, С.В. Маклаков. Проектирование реляционных хранилищ данных. – М.: Издательство Диалог-МИФИ, 2007. - 333с.

4. Н.Н. Шарипова, В.Е. Третьяков, Ю.Г. Фурзикова. Экспертная система для синтеза моделей блоков встраиваемых систем по заданным проектным спецификациям // Авиакосмическое приборостроение, №4, 2011, с.3-7

Яковенко П.Г. ОПТИМИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ Томский политехнический университет, Томск, Россия Yakovenko P.G. MOBILE OBJEСTS CONTROL Tomsk polytechnic university, Tomsk, Russia Применение микропроцессорной техники для синтеза в реальном масштабе времени оптимального управления высокоскоростными подвижными объектами требует разработки простых алгоритмов. При проектировании автоматических систем необходимо учитывать многочисленные и порой противоречивые требования. Синтез оптимального по быстродействию закона осложняется необходимостью определения управления с учетом изменений во время переходного процесса координат подвижного объекта, заданий, 145

возмущающих воздействий и ограничений. На начальном этапе необходимо решать задачу, исходя из требования максимального быстродействия, а на заключительном этапе – гарантировать выполнение ограничения по главной координате. Разработан метод синтеза оптимальных по быстродействию управлений [1] линейными и нелинейными системами с ограничением координат, основанный на многократном численном решении обыкновенных дифференциальных уравнений, принципах «перемены цели» и «ведущего слабого звена». Синтез управления сводится к последовательной оптимизации более простых процессов. Оптимальный закон составляется из управлений, найденных во время переходного процесса для малых интервалов времени. Расчет управлений осуществляется с учетом технологических требований, ограничений координат, заданного конечного состояния объекта и начальных состояний объекта на малых интервалах времени путем расчета пробных шагов. В отличие от других методов решения многошаговых задач, предложенный метод использует промежуточные критерии, позволяющие отсечь заведомо неприемлемые управления. Синтез в реальном масштабе времени оптимальных по быстродействию управлений комплектными электроприводами значительно упрощается, если представить скорость, ускорение и рывок в единицах одной размерности. Значение скорости, до которой следует разгонять электропривод в системе позиционирования, определяется величиной заданного перемещения, шагом интегрирования и ограничениями на рывок и ускорение [2]. Выбор максимальной скорости следует осуществлять в функции задания таким образом, чтобы с учетом дискретности управления путь торможения был не менее пути разгона. На основе предложенного метода разработан алгоритм синтеза закона управления позиционным электроприводом с учетом принятых ограничений. Он предусматривает расчет пробных шагов с последующим переводом системы в установившиеся состояния. Алгоритм обеспечивает выбор оптимального значения максимальной скорости движения электропривода и разгон до нее без перерегулирования с прохождением не более половины заданного перемещения при релейном изменении рывка на участках увеличения и уменьшения ускорения, а также односторонний плавный выход в заданную позицию. Составлены алгоритмы формирования оптимальных траекторий в режиме синхронного движения нескольких управляемых объектов с ограничениями рывка, ускорения и скорости, изменение в широких пределах ограничений и заданий не нарушают их работоспособности. Предложенный принцип формирования управлений для позиционных систем успешно использован в следящих системах с одной обратной связью по положению. При синтезе управлений следящей системой закон формируется во время переходного процесса и составляется из оптимальных управлений для малых шагов [3]. В алгоритме на начальном этапе вычисляется разность новой и прежней скоростей задания на следящий электропривод. Для очередного шага 146

управления вычисляется максимальная скорость отработки рассогласования между траекториями движения электропривода реальной и эталонной. Полученное значение скорости используется для нового задания на электропривод. Разработанный алгоритм показал высокую эффективность при изменениях в широком диапазоне ограничений на рывок, ускорение и скорость, начальном отставании реального электропривода от эталонной траектории движения в момент поступления нового задания, одинаковых и разных знаках начальной и новой скоростей движения электропривода. Во всех случаях отработка рассогласования выполняется с предельным быстродействием и заданной точностью с учетом принятых ограничений на рывок, ускорение и скорость без перерегулирования по положению. Разработанное алгоритмическое обеспечение можно использовать при создании микропроцессорных систем управления роботами, манипуляторами, станками, воздушными, наземными и подводными подвижными объектами. Литература 1. Яковенко П.Г. Синтез оптимальных управлений подвижными объектами во время переходных процессов // Известия Южного федерального университета. Технические науки – Таганрог: ЮФУ, 2008, № 12. с. 63-73.

2. Яковенко П.Г. Алгоритм управления позиционным электроприводом // Известия вузов. Электромеханика. 1999, № 3. с. 98 - 99.

3. Яковенко П.Г. Управление следящими электроприводами // Известия ЮФУ. Технические науки – Таганрог: ЮФУ, 2011, № 1. с. 163 - 170.

Яцко В.А. СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАКОНА БРЭДФОРДА Хакасский государственный университет им. Н.Ф.Катанова, Абакан, Россия Yatsko V.A. SOME FIELDS FOR APPLICATION OF BRADFORD LAW Katanov State University of Khakasia, Abakan, Russia Как известно, закон Брэдфорда устанавливает зависимость между тремя зонами (0, 1, 2) распределения научных статей (P) по журналам (J), которая описывается константами [1]. Первая константа (N) определяет соотношение между количеством журналов в каждой из трёх зон; вторая константа (N1) – соотношение между среднеарифметическим количеством статей (R) на один журнал в зонах. Если J0=8, P0=220; J1=40, P1=220; J2=200, P2=220, то N=5 и N1=5. В ряде работ неоднократно предпринимались попытки уточнить закон Брэдфорда, предложить его интерпретацию, проанализировать соотношение с другими законами, показать возможности его применения для анализа 147

различных данных. Наиболее известной интерпретацией закона является формула Б.Брукса [2] R(n)= k log(n), где n – ранг журнала, R(n) – количество статей, опубликованных по данной теме в первых n журналах. Закон Брэдфорда применялся для анализа распределения научных статей по журналам в различных предметных областях, таких как: садоводство, биоэнергетика, генетика, а также для анализа цитирования в библиометрических исследованиях. В целом, сфера применения этого закона ограничивается библиометрическим анализом В настоящей работе предлагается интерпретация закона Брэдфорда в терминах геометрической прогрессии. Закон, сформулированный Брэдфордом, по сути дела, задает характерную для геометрической прогрессии числовую последовательность bn+1 =bn ·* q, где b – одна из зон, содержащая n-ое количество журналов, а q – знаменатель прогрессии (константа Брэдфорда). Соответственно для интерпретации закона можно предложить формулу возрастающей геометрической прогрессии, используя J вместо b: S n  J 2 ( q n  1) /( q  1) , где n = 3 - постоянная величина, равная количеству зон по закону Брэдфорда; q – знаменатель прогрессии, равный константе Брэдфорда; J2 – вторая зона, характеризующаяся наибольшей степенью рассеяния информации; Sn – сумма членов геометрической прогрессии. Если известна сумма, знаменатель и количество членов прогрессии, найти количественное значение зоны J2 можно в результате преобразования формулы прогрессии в уравнение с одним неизвестным. Найти количественное значение остальных зон можно умножением на знаменатель прогрессии. Например, при q=3 J2 = S n /(q n  1) /(q  1)  S n /(3^ 3  1) /(3  1)  S n /(27  1) / 2  S n / 13 Как показал проведённый нами анализ, коэффициент, на который делится сумма при нахождении J2, можно найти и другим способом. Таким способом является построение числового ряда, в котором первое число = 1, а остальные получаются умножением на константу Брэдфорда (знаменатель прогрессии). Сумма трёх членов числового ряда и будет составлять коэффициент, необходимый для нахождения J2. Такая методика позволяет также вычислить J2, исходя из значения двух других членов прогрессии. При q=2 S n =7 (числовой ряд: 1, 2, 4); при q=3 S n = 13 (1, 3, 9); при q=4 S n = 21 (1, 4, 16) и т.д. Предложенная интерпретация позволяет упростить вычисления и расширить сферы применение закона. В статистическом анализе текста, как мы полагаем, предложенная интерпретация позволяет определить зоны с различной дискриминирующей силой, под которой понимается способность терминов уникально идентифицировать данный текст или группу текстов. Наименьшей дискриминирующей силой обладают термины, входящие в зону J0, 148

встречающиеся с одинаково высокой частотностью в различных текстах. К ним относятся артикли, предлоги, союзы, местоимения и другие служебные слова, которые в информационном поиске рассматриваются как стоп слова. В зону J2 входят наиболее низкочастотные слова, к которым могут относиться слова с опечатками, ошибками, неологизмы и вообще редко используемые термины. Зона J1 включает термины, которые встречаются в разных текстах, однако их распределение по частотности уникально для данного текста. Распределение терминов в зоне J1 может быть применено с целью определения основного содержания текста в процессе автоматического реферирования, индексирования, классификации, категоризации. Удаление или игнорирование высокочастотных или низкочастотных терминов, распределённых в зонах J0 и J2, позволяет существенно уменьшить размер индекса, повысить быстродействие, а также точность поиска. Можно предложить следующую методику для определения трёх зон. 1) Вычисление значения S n . Это может быть выполнено с помощью существующих программ статистического анализа текста, таких как AntConc или WordStat. 2) Определение коэффициента q. Коэффициент находится эмпирически-экспериментальным путем с учётом особенностей предметной области. Для библиометрических данных он может быть равен 5, для текстовых данных q = 3. 3). Определение количественного значения зон в соответствии описанной выше интерпретацией в терминах геометрической прогрессии. 4). Определение состава каждой из зон, т.е. сколько и какие именно термины входят в эти зоны. С помощью табличного процессора выделяется диапазон терминов, дающий сумму, наиболее близкую к количественному значению данной зоны. Эту методику можно применить и другим предметным областям, например, анализу распределения голосов, поданных за какую-либо политическую партию по регионам страны. В этом случае S n будет равно сумме процентов голосов, набранной данной партией во всех регионах, а применение коэффициента q = 2 позволит выявить три зоны, различающиеся уровнем поддержки данной партии. Литература 1. Hjørland B, Nicolaisen J. Bradford’s law of scattering: ambiguities in the concept of "subject" // 5th сonference on concepts of library and information science. Lecture notes in computer science. - 2005. - No 3507. – P. 96 – 106. [Электрон. ресурс]. – URL:http://comminfo.rutgers.edu/~muresan/IR/Docs/Articles/colisHjorland2005.pdf .

2. Brookes B. C. The derivation and application of the Bradford-Zip distribution // Journal of Documentation. 1968. Vol. 24. - Issue 4. – P.247-65.

149

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ПРИКЛАДНАЯ ФИЗИКА И МАТЕМАТИКА, СПЕКТРОСКОПИЯ, АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, АСТРОНОМИЯ, РАДИОФИЗИКА, ХИМИЯ, ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, ГАЗОДИНАМИКА И ГИДРОДИНАМИКА THEORETICAL AND APPLIED PHYSICS AND MATHEMATICS, SPECTROSCOPY, ATOMIC AND NUCLEAR PHYSICS, ASTRONOMY, RADIO PHYSICS, CHEMISTRY, PHYSICAL CHEMISTRY, GAS DYNAMICS AND HYDRODYNAMICS

Антипов В.Б., Медведев Ю.В., Фирсов С.А., Цыганок Ю.И. ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОУГЛЕРОДНОГО ПРОДУКТА СВЧ ПИРОЛИЗА ПРИРОДНОГО ГАЗА Томский государственный университет, Россия Antipov V.B., Medvedev Y.V., Firsov S.A., Tziganok Y.I. TECHICAL FEATURES OF NANOCARBON MATERIAL PRODUCED THROUGH MICROVAVE PYROLYSIS OF NATURAL GAS Tomsk State University, Russia В настоящее время большое внимание в науке и технике уделяется нанодисперсному углероду, представленному такими формами как нанотрубки, фуллерены, наноалмазы и т.п. Одним из способов получения наноуглерода является плазменное разложение углеводородного газа, чаще всего метана, составляющего основу природного газа [1]. Вместе с углеродом при разложении газа образуется водород, который может служить экологически чистым топливом или химическим сырьем. В используемой в данной работе лабораторной установке [2] синтез наноструктур происходит при атмосферном давлении, без катализатора, без плазмообразующего газа, без дорогостоящей ферритовой развязки между СВЧ генератором и плазмотроном. За выходным каналом реакторной зоны устанавливается металлическая мишень, на которой коагулируются углеродные наночастицы, образующиеся в результате высокотемпературного разложения газа. Получаемый углеродный продукт условно разделяется на три фракции. Рыхлая часть углеродного агломерата имеет насыпную плотность от 0,03 до 0,04 г/см3 и удельную поверхность порядка 70 м2/г, что свидетельствует о высокой степени его дисперсности. Центральная часть агломерата более уплотнена (удельная поверхность порядка 7 м2/г). Наибольшей удельной поверхностью – до 170 м2/г – обладает углеродный осадок, собираемый с холодных стенок в удалении от высокотемпературной зоны. Электронная 150

микроскопия показывает, что плотная фракция содержит скопления нанотруб диаметром от 40 до 50 нм, а рыхлая фракция имеет чешуйчатое строение с еще более мелкомасштабными структурными элементами. По данным рентгенофазного анализа в продукте преобладают структурные элементы типа нанотруб поперечником до 20 нм. О фракционном составе углеродного продукта позволяют судить также результаты термогравиметрии. В сравнении с эталонными образцами углеродной сажи и наноалмазов (начало сгорания при 400-450ºС) углеродный продукт плазменного СВЧ разложения газа оказывается более термостойким и выдерживает температуры не менее 600ºС. Пики удельного тепловыделения различных фракций наблюдаются при температурах 650, 780, 970 и 1100ºС. По этим данным можно судить, что получаемый продукт имеет явно выраженное кристаллическое строение с устойчивыми межатомными связями. Хроматографический анализ выходного газа показывает присутствие в нем от 20 до 40% водорода и до 6% ацетилена. Средняя производительность установки по разложению метана на базе магнетрона мощностью 800 Вт составляет 12 г/час при потребляемой из сети мощности 1200 Вт. Принимая во внимание величину энергии разложения молекул метана, можно подсчитать, что не менее 40% СВЧ энергии расходуется на образование углерода. Экспериментально установленный оптимальный расход газа для данной установки составляет 300-400 л/час. Примерно такой же расход газа способен обеспечить выработку электроэнергии, необходимой для питания магнетрона. Таким образом, в местах сепарации попутного газа производство наноуглерода может быть организовано практически без затрат ресурсов, если не считать расходов на амортизацию и обслуживание. Практическое применение получаемого углеродного продукта возможно по ряду направлений. В настоящее время получены конкретные результаты в области модификации пластмасс, смазочных материалов и цементных смесей. Добавление нескольких процентов наноуглеродного продукта в полимер делает его проводящим. Порог перколяции (протекания тока) наблюдается при массовой концентрации около 6%, а уже при концентрации 10-12% проводимость достигает 10-4 См∙м. Наряду с возникновением проводимости на постоянном токе наблюдается резкое увеличение мнимой части диэлектрической проницаемости в области высоких и сверхвысоких частот. Добавление долей процента наноуглерода в смазку увеличивает ее несущую способность в паре скольжения как минимум в два раза, что типично для нанопорошковых добавок. При затворении цементной смеси водной эмульсией наноуглеродного продукта с концентрацией 0,1% отмечено увеличение прочности на излом в пределах от 15 до 30%. Заключение Углеродный продукт, получаемый по новой технологии, демонстрирует типичные свойства наноматериала, обладая при этом непревзойденно низкой себестоимостью и ресурсоемкостью. Эти обстоятельства позволяют 151

рекомендовать предложенную технологию к промышленному внедрению как альтернативный способ утилизации углеводородных газов. Литература 1. Антипов В.Б., Медведев Ю.В., Цыганок Ю.И. Синтез нанодисперсного углерода в микроволновой плазме // Сборник статей 11 МНТК «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности» / под ред. А.П. Кудинова. – СПб. : Изд-во Политехн. Ун-та. 2011. Т.1 – С. 142-143.

2. Антипов В.Б., Медведев Ю.В., Фирсов С.А., Цыганок Ю.И. Получение наноуглеродных структур из природного газа в плазме СВЧ-разряда // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. - № 2(24), часть 2. – декабрь 2011. – С. 7-9.

Антипов В.Б., Цыганок Ю.И., Шипилов С.Э., Якубов В.П. ПРИЕМО-ПЕРЕДАЮЩИЕ МОДУЛИ СМ ДИАПАЗОНА ДЛЯ СИСТЕМ ПОСТРОЕНИЯ РАДИОИЗОБРАЖЕНИЙ Томский государственный университет, Россия Antipov V.B., Tziganok Yu.I., Shipilov S.E.,Yakubov V.P. CM-WAVE TRANSCEIVER MODULES FOR RADIOIMAGING SYSTEMS Tomsk State University, Russia Системы неразрушающего контроля и досмотра имеют большое значение в современном обществе, особенно в местах массового скопления людей, на транспорте и т.п. В связи с вредным воздействием рентгеновских лучей все большее распространение получают альтернативные средства, в частности, субмиллиметровые сканеры. Менее дорогим и достаточно эффективным средством может стать микроволновая томография, позволяющая с помощью компьютерной обработки синтезировать изображение объекта с разрешающей способностью порядка длины волны. Для оценки потенциальных возможностей микроволновых томографов изготовлен и испытан набор приемо-передающих модулей с дискретнолинейным сканированием частоты в диапазоне 6-12 ГГц. Все модули являются когерентными датчиками коэффициентов отражения в двух ортогональных поляризациях. Передающие и приемные антенны типа Вивальди расположены на основании размерами 100х100 мм. Часть зондирующего сигнала ответвляется на приемные смесители. В экспериментах по построению радиоизображений линейка из 8 модулей дискретно перемещалась мимо тестового объекта, образуя виртуальную двумерную апертуру.

152

На рис. 1 приведено синтезированное изображение объекта в виде металлизированного пистолета, закрепленного на бутыли с водой, имитирующей торс человека. Дальнейшее совершенствование системы радиотомографирования связано с продвижением в коротковолновую часть сантиметрового диапазона, что позволяет обеспечить разрешение деталей с точностью до единиц миллиметров. К настоящему времени генераторы на диодах Ганна активно вытесняются транзисторными генераторами, на которых массово производятся доплеровские сенсоры перемещений. С использованием набора таких сенсоров удается реализовать достаточно дешевую и эффективную радиоголографическую систему.

Рис. 1. Металлический пистолет на бутыли с водой и его восстановленное изображение Однако сам по себе доплеровский сенсор не позволяет достичь фундаментального порога чувствительности, а его информативность ограничена отсутствием квадратурного сигнала. Пороговая чувствительность доплеровского сенсора ближнего радиуса действия ограничена главным образом амплитудными шумами генератора, которые, как правило, на несколько порядков превосходят по уровню другие шумовые источники. Несмотря на то, что в сенсоре используется балансный смеситель, подавление в нем АМ шумов генератора обычно не превосходит 10-15 дБ. В поисках пути преодоления указанных недостатков была предложена и испытана схема с обработкой сигнала на промежуточной частоте, выполненная на основе двух типовых датчиков диапазона 24 ГГц. Для этого были отобраны два датчика с разносом рабочих частот порядка 30 МГц. Первый датчик с отключенной приемной антенной служит передатчиком, второй датчик с отключенной передающей антенной – приемником. Отключенные антенные 153

порты датчиков соединены отрезком линии с подобранным затуханием. В результате в первом датчике формируется опорный сигнал ПЧ, а во втором – сигнал ПЧ с информацией о цели (рис. 2).

Рис. 2. Схема сенсора с переносом сигнала на ПЧ Два сигнала промежуточной частоты подаются на квадратурный амплитудно-фазовый детектор, который без проблем реализуется на дискретных микросхемах. По элементарным оценкам, такая схема не дает выигрыша в подавлении АМ шумов. Однако наличие дополнительных связей в системе приводит к неожиданному эффекту подавления шумов не менее чем на 15 дБ. Одновременно подавляется паразитный сигнал, обусловленный конечной развязкой между передающей и приемной антеннами. Компенсация паразитного сигнала достигается при помощи слабо отражающего элемента, располагаемого в ближней зоне между антеннами. Характерно, что аналогичный прием в отношении одиночного сенсора оказывается безрезультативным. Дальнейшее подавление шумов требует уже дополнительной магнитной экранировки схемы от частоты 50 Гц.

Аньшаков А.С., Волокитин Г.Г., Урбах Э.К., Фалеев В.А., Урбах А.Э. СИСТЕМА ПЛАЗМЕННОГО РОЗЖИГА УГЛЯ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОТЛАХ Институт теплофизики имени С.С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск, Россия Anshakov A.S. …

THE SYSTEM OF PLASMA IGNITION OF COAL IN POWER BOILERS Kutateladze Institute of Thermophysics Russian Academy of Sciences, Siberian Branch, Novosibirsk, Russia 154

Введение В мировой и отечественной теплоэнергетике при растопке пылеугольных котлов и стабилизации (подсветке) горения аэросмеси (уголь + воздух) используют природный газ или топочный мазут. Известные методы снижения расхода мазута при сжигании низкосортных углей не решают проблему сокращения доли мазута в топливном балансе пылеугольных ТЭС, особенно на стадии растопки котлоагрегата. Поэтому поиск новых нетрадиционных путей решения актуальной проблемы теплоэнергетики привел к созданию принципиально новой – плазменной – технологии сжигания пылевидного топлива с помощью электродуговых плазмотронов (Россия, США, Канада, Казахстан, Австралия и др.) [1]. Система плазменного воспламенения угля (СПВ) СПВ угля включает в свой состав: розжиговую горелку, плазменный генератор, источник электропитания плазмотрона, системы водо- и воздухоснабжения плазмотрона, аппаратуру контроля и управления. Опытно-промышленными испытаниями СПВ показано [1], что эффективность системы розжига угольной аэросмеси зависит не только от надежности работы плазмотрона, но и от выхода летучих и концентрации угля в аэросмеси  [кг угля на кг воздуха]. При этом  связана со скоростью движения пылеугольного потока. Поэтому на котлах, имеющих систему пылеприготовления с прямым вдуванием аэросмеси, целесообразно иметь техническое устройство, обеспечивающее оптимальные значения концентрации пыли  и скорости аэросмеси. Такое устройство, названное нами концентратором [2], применено в СПВ для розжига теплофикационных котлов БКЗ-75 и КВТК-100/150. Схема СПВ угля струей плазмы дана на рис. 1.

Рис. 1. Схема системы плазменного воспламенения угля. Подача аэросмеси в камеру осуществляется через дополнительный трубопровод с шибером 2 и концентратором угля. Часть слабозапыленного воздуха из концентратора поступает в трубопровод подвода аэросмеси ниже по 155

потоку шибера 1. Концентратор предназначен для повышения μ в камере термохимической подготовки топлива (в муфеле). Тонкая регулировка концентрации угля в аэросмеси осуществляется шибером 3. При его закрытии концентрация уменьшается, а при открытии увеличивается. Концентратор угля создан на основе прямоточного циклона, применяемого, например, для очистки воздуха за счет сепарации частиц пыли во вращающемся вихревом потоке [3]. Эффективность улавливания пыли в прямоточных циклонах превышает 90%. Поскольку слабозапыленный воздух из концентратора через шибер 3 отводится в топочное пространство котла, то степень его очистки не имеет значения. Плазмотроны для розжига пылеугольного потока Для розжига пылеугольного потока и стабилизации его горения применяются электродуговые плазмотроны различных конструкций. В теплофикационных котлах муниципальных котельных, как правило, используются однокамерные плазмотроны с торцевым термохимическим (гафниевым) катодом и ступенчатым выходным электродом. Диапазон мощности их составляет 20...60 кВт (I = 80...250 A) при устойчивом режиме горения дуги от источника питания с Uxx = 530 B. Применение модифицированного катода с четырьмя гафниевыми вставками обеспечивает ресурс работы электрода при I = 100...200 A около 100 ч. Длительность работы медного выходного анода составляет при этих токах 500...600 ч [3]. Для примера на рис. 2 приведены вольт-амперные характеристики дуги и схема плазмотрона. Рабочий газ – воздух.

Рис. 2. Вольт-амперные характеристики дуги однокамерного плазмотрона.

G=27 нм3/ч. 1 – d=12 мм, l=50 мм, 2 – d=11 мм, l=70 мм. В теплоэнергетических котлоагрегатах на ТЭС, в основном, применяются двухкамерные плазмотроны. Мощность плазмотрона составляет 60...130 кВт, расход воздуха – до 20∙10-3 кг/с. Ресурс медного трубчатого катода при токах 200...300 А достигает 250 ч, медного полого анода – примерно в 2 раза выше и составляет около 500 ч. Вольт-амперные характеристики дуги

156

имеют падающий вид и могут быть рассчитаны по обобщенной формуле в критериальном виде [1, 2]. Выводы Разработанные плазменные технологии розжига пылеугольных горелок прошли успешные испытания в промышленном масштабе [1]. Созданная система плазменного воспламенения угля на базе концентратора угольной пыли является эффективным устройством для реализации технологии в целом. Литература 1. Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела / М.Ф. Жуков, Е.И. Карпенко, В.С. Перегудов и др. – Новосибирск: Наука, 1995. – 304 с.

2. Плазменные электротехнологические установки / В.С. Чередниченко, А.С. Аньшаков, М.Г. Кузьмин. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008. – 602 с.

3. Очистка дымовых газов в промышленной энергетике / Русанов А.А., Урбах И.И., Анастасиади А.П. – М.: Энергия, 1969. – 79 с.

Баглюк Г.А., Шишкина Ю.А., Мамонова А.А., Тихонова И.Б. ВЛИЯНИЕ УГЛЕРОДА И АЛЮМИНИЯ НА ПРОЦЕСС ФОЗООБРАЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ Al-Ti-C ПОСЛЕ ТЕРМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА Институт проблем материаловедения им. И.Н. Францевича НАН Украины, Киев, Украина Bagluk G.A., Shishkina Y.A., Mamonova A.A., Tihonova I.B. EFFECT OF CARBON AND ALUMINIUM ON THE MICROSTRUCTURE IN Al-Ti-C AFTER THERMAL SYNTHESIS Frantsevich Institute for Problems of Materials Science National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, Ukraine Одним из наиболее эффективных методов получения высокопрочных алюмоматричных композитов с карбидотитановой упрочняющей фазой является технологический подход, предусматривающий использование лигатур, содержащих дисперсные упрочняющие частицы, полученные термическим синтезом из смеси порошков Al, Ti и С [1,2]. Целью настоящей работы являлось изучение влияния процентного содержания компонентов смеси на структуру, фазовый и химический состав образцов после термического синтеза. Исходные порошки титана, алюминия и графита смешивали в следующих пропорциях, обеспечивающих образование после термического синтеза содержание упрочняющей фазы TiC в количестве 55 %, 60 % и 65 %: 157

Таблица 1 – Процентное содержание компонентов исходной смеси Образец № п.п Al, масс. % Ti, масс. % C, масс. % 1 40 6 54 2 45 11 44 3 35 13 52 4 35 10 55 Полученные порошковые смеси прессовали при 500 МПа с получением пористых брикетов. Термический синтез брикетов проводили в аргоне при 9500С на протяжении 60 мин. Результаты микроспектрального анализа показали наличие в структуре синтезированных лигатур, равномерно распределенных в серой металлической матрице светлых частиц упрочняющей фазы разной дисперсности и формы, следует отметить, что в образцах с наименьшим содержанием углерода светлые включения представляют собой разорентированные вытянутые иглоподобные зерна, в то время как во всех остальных образцах у частиц светлой фазы сферическая форма (рис. 1). Для этих зон был проведен количественный анализ, позволивший определить процентное содержание элементов в каждой из структурных составляющих (табл. 2). Исходя из результатов, приведенных в табл. 2, можно предположить, что фаза, имеющая вид серого поля, состоит из интерметаллидов на основе алюминия и титана, либо же смеси алюминия и частиц карбида титана; светлые округлые частицы – это частицы TiC, а вытянутые иглоподобные зерна представляют собой тройной карбид Ti3AlC, т.к. процентное содержание элементов в точке 1 близко к стехеометричемкому составу именно этого соединения. Таблица 2 – Процентное содержание элементов в разных зонах лигатур системы Al-Ti-С Зона Al, % вес Ti, % вес C, % вес 1 15,31 78,81 5,88 2 63.473 36,527 3 3,714 78,336 17,950 4 92,861 2,839 4,299 5 0,409 77,313 22,278 6 91,731 2,145 6,124 7 0,585 81,857 17,558 8 57,821 38,723 3,457 Рентгенофазовый анализ показал наличие в образцах после термического синтеза линий TiC и тройных карбидов Ti2AlC, Ti3AlC. Образец состава 35Al9,75C-55,25Ti единственный, в котором зафиксированы фазы карбида Ti2AlC и карбида алюминия Al4C3.

158

а

б

в г Рис. 3 – Микроструктура лигатур системы Al-Ti-C после термического синтеза; содержание компонентов исходной смеси (масс. %): а - 35Al-10C-55Ti; б - 35Al-13C-52Ti; в - 40Al-6C-54Ti; г - 45Al-11C-44Ti Литература 1. Selcuk C. Al–TiC composite made by the addition of master alloys pellets synthesised from reacted elemental powders // Materials Letters. – 2006. – Vol. 60. – P. 3364-3366.

2. Баглюк Г. А. Новые композиционные дисперсно-упрочненные материалы на основе сплавов алюминия // Технологические системы. – 2011. - № 4. – С.36-43.

159

Бардушкин В.В.1, Колесников И.В.2, Лапицкий А.В.2, Сычев А.П.3, Яковлев В.Б.1 МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ УПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕТЕКСТУРИРОВАННЫХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ СВЯЗУЮЩИХ С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ЭПОКСИДНЫХ ГРУПП 1 Национальный исследовательский университет «МИЭТ», Москва, Россия; 2 Ростовский госуниверситет путей сообщения, Ростов-на-Дону, Россия; 3 Южный научный центр РАН, Ростов-на-Дону, Россия Bardushkin V.V.1, Kolesnikov I.V.2, Lapitsky A.V.2, Sychev A.P.3, Yakovlev V.B.1 MODELING OF EFFECTIVE ELASTIC CHARACTERISTICS OF THE NON-TEXTURED COMPOSITES WITH HIGH EPOXY GROUPS CONCENTRATION 1 National Research University of Electronic Technology, Moscow, Russia; 2 Rostov State University of Transport Communication, Rostov-on-Don, Russia; 3 Southern Scientific Center of Russian Academy of Sciences, Rostov-on-Don, Russia Различные отрасли промышленности проявляют постоянный интерес к высокопрочным и теплостойким композитным материалам на полимерной основе. Подобные композиты находят широкое применение, в частности, в узлах и деталях трибосопряжений [1, 2]. Для их получения наиболее перспективными связующими являются соединения с высоким содержанием эпоксидных групп – от 28 до 54% (это в 1,5 – 2,5 раза выше, чем у наиболее часто применяемой в промышленности отечественной смолы марки ЭД-20 или ее американского аналога DER-330). В [2] приведены результаты исследований прочностных и теплофизических показателей эпоксидных материалов на основе триглицидилпарааминофенола – смол марок ЭПАФ и ЭПАФ-м (смола ЭПАФ-м модифицирована диглицидиловым эфиром DL-камфорной кислоты в соотношении 60 : 40). Содержание эпоксидных групп для ЭПАФ равняется 38%, а для ЭПАФ-м – 30%. Показано, в частности, что отвержденные полимеры на основе исследованных эпоксидов достигают максимальных значений физико-механических показателей для описанных в литературе материалов такого класса, а указанные составы связующих могут представлять особый интерес для высокопрочных и теплостойких армированных пластиков и клеев. Учитывая результаты проведенных в [2] исследований, в работе рассматриваются модельные композиты, упругие модули изотропных компонентов которых соответствуют материалам на основе полимерных связующих ЭПАФ, ЭПАФ-м и УП-610 с включениями сферической формы (одинакового среднего радиуса R) двух типов. К первому типу относятся включения из ПТФЭ, выполняющие антифрикционную роль. Ко второму типу относятся включения из бронзы, основная функция которых состоит в 160

упрочнении композитных материалов. Широко применяемое в промышленности связующее УП-610 рассмотрено в работе с целью проведения сравнительного анализа эффективных упругих характеристик композитов. Модули упругости компонентов представлены в табл. 1. Таблица 1. Упругие модули компонентов композита (E – модуль Юнга при сжатии,  – коэффициент Пуассона,  – плотность)   , г см 3 Компоненты композита E, ГПа Включение ПТФЭ 0,15 0,33 2,20 (компонент 1-го типа) Включение Бронза 103 0,25 8,0 (компонент 2-го типа) ЭПАФ 5,4 0,46 1,30 Матрица ЭПАФ-м 4,6 0,42 1,24 (компонент 3-го типа) УП-610 5,2 0,41 1,25 В основе анализа лежит вычисление эффективных упругих характеристик неоднородных материалов c  , связывающих средние значения напряжений    ij (r )  и деформаций   kl (r )  в материале [1, 3]:   ij (r )   cijkl   kl (r )  , где r – радиус-вектор случайной точки среды, угловые скобки определяют усреднение по объему. Проведено численное моделирование эффективных упругих характеристик композитов, опирающееся на обобщенное сингулярное приближение теории случайных полей [1, 3]. Для трехкомпонентного композита с изотропными компонентами и объемными концентрациями 1 ,  2 ,  3 ( 1   2   3  1 ), где индексы «1» и «2» относятся к включениям, а «3» – к матрице, расчетное соотношение имеет вид (индексы опущены): c   (1  c1 ( I  gc1) 1 V1   2  c2 ( I  gc2 ) 1 V2   3  c3 V3 ) 

 (1  ( I  gc1) 1 V1   2  ( I  gc2 ) 1 V2   3 I ) 1 . Здесь c1 , c2 , c3 – тензоры модулей упругости компонентов, I – единичный тензор четвертого ранга; двойным штрихом обозначена разность между величинами неоднородной среды и однородного тела сравнения (параметры тела сравнения принимались равными упругим модулям матрицы). Тензор g – сингулярная составляющая второй производной тензора Грина уравнений равновесия [1, 3]. На рисунках 1, 2 приведены результаты расчетов эффективных упругих характеристик: модуля Юнга E  (при сжатии) и коэффициента Пуассона   – для модельных дисперснонаполненных композитов.

161

Рис. 1. Эффективные характеристики эпоксидных композитов при фиксированной 60%-й массовой концентрации бронзы, зависящие от изменения массовой доли ПТФЭ: 1 – ЭПАФ; 2 – ЭПАФ-м; 3 – УП-610

Рис. 2. Эффективные характеристики эпоксидных композитов при фиксированной 10%-й массовой концентрации ПТФЭ, зависящие от изменения массовой доли бронзы: 1 – ЭПАФ; 2 – ЭПАФ-м; 3 – УП-610 Модельные расчеты показали, что при работе на сжатие композиты на основе ЭПАФ превосходят по своим эффективным характеристикам соответствующие материалы на основе УП-610. Композиты на основе ЭПАФ-м 162

уступают соответствующим материалам на основе УП-610, если сравнивать их значения модулей Юнга (на сжатие), и превосходят по своим свойствам композиты на основе УП-610, если рассматривать их коэффициенты Пуассона. Работа выполнена при поддержке ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России 2009-2013» и гранта РФФИ № 10-08-01163-а. Литература 1. Бардушкин В., Яковлев В. Механика микроструктур (Эффективные и локальные свойства текстурированных поликристаллов и композитов). Саарбрюккен: Lambert Academic Publishing, 2011. 164 с.

2. Лапицкий А.В. Эпоксидные полимерные матрицы для высокопрочных и теплостойких композитов. // Клеи. Герметики. Технологии. 2010. №2. С. 12-15.

3. Шермергор Т.Д. Теория упругости микронеоднородных сред. М.: Наука, 1977. 399 с.

Бирюкова И.В., Маслобоева С.М., Макарова О.В., Кравченко О.Э., Палатников М.Н. ПОЛУЧЕНИЕ ОДНОРОДНЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ НИОБАТА ЛИТИЯ, ЛЕГИРОВАННЫХ МАГНИЕМ Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук (ИХТРЭМС КНЦ РАН), г. Апатиты, Мурманская обл., Россия Biryukova I., Masloboeva S., Makarova O., Kravchenko O., Palatnikov M. PRODUCTION OF HOMOGENEOUS LITHIUM NIOBATE SINGLE CRYSTALS DOPED WITH MAGNESIUM A Federal State Budgetary Institution of Science, I.V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Kola Science Centre, the Russian Academy of Sciences (ICTREMRM RSC RAS), Apatity, Murmansk region, Russia В настоящее время актуально исследование кристаллов LiNbO3:Mg с уровнем легирования в области «пороговых концентраций» (~ 5 ÷ 5.5 мол.%) вследствие высокой стойкости к оптическому повреждению и возможности использования в планарной технологии производства оптических преобразователей на периодически поляризованных структурах [1,2]. Однако до сих пор не решена задача получения свободных от ростовых дефектов сильно легированных кристаллов с однородным распределением примеси в 163

объеме були. Как правило, в литературе основное внимание уделяется технологическим параметрам роста и термодинамическим свойствам расплава. В тоже время, генезис исходных компонентов и технология синтеза шихты ниобата лития могут оказывать существенное влияние на оптическое качество и однородность распределения примеси Mg в кристалле. Как правило, легирование ниобата лития осуществляется путем добавления оксида магния в шихту перед наплавлением тигля. При этом, обычно наблюдается неоднородное распределение примеси, что проявляется в образовании полос роста в продольном и поперечном сечениях кристалла. В работе [3] на примере бора впервые была предложена процедура гомогенного легирования, осуществляемая путем добавления легирующей примеси в реэкстракт при получении особо чистого Nb2O5, что существенно повысило оптическую однородность и стойкость к оптическому повреждению кристаллов LiNbO3:В. Данная работа посвящена повышению однородности кристаллов LiNbO3:Mg ([Mg]5 мол.%) путем использования для синтеза шихты ниобата лития лигатуры Nb2O5:Mg, полученной методом гомогенного легирования на стадии экстракционного выделения Nb2O5. Лигатуру Nb2O5:Mg получали по методике, описанной в работе [4]. Методами РФА и ИК-спектроскопии установлено, что лигатура Nb2O5:Mg ([MgО]=1.52 мас.%), прокаленная при 1000оС, наряду с основной фазой Nb2O5, содержит фазу MgNb2O6. Дополнительный отжиг при 1250оС позволил получить однофазный продукт состава Nb12O29, который использовался в дальнейшем для синтеза гранулированной шихты ниобата лития по методике, описанной в работе [5]. Кристаллы LiNbO3:Mg диаметром 30 мм и длиной цилиндрической части 25 мм были выращены методом Чохральского из платиновых тиглей  75 мм в воздушной атмосфере в направлении (001). Распределение примеси по длине кристалла оценивали по средней концентрации Mg в пластинах с верхней и нижней частей кристаллической були методом атомно-эмиссионной спектрометрии c индуктивно-связанной плазмой на приборе ICPE-9000. Изменение концентрации магния по длине кристаллов LiNbO3:Mg соизмеримо с погрешностью метода измерения и составляет менее 5 % от начальной концентрации Mg в кристалле, что свидетельствует о достаточно равномерном распределении примеси. Экспресс-оценка по количеству центров рассеяния в единице объема показала высокое оптическое качество кристаллов LiNbO3:Mg (центры рассеяния в кристаллах LiNbO3:Mg отсутствуют). Методами оптической микроскопии была исследована дефектная структура пластин, вырезанных из конусных и торцевых частей буль кристаллов LiNbO3:Mg, и пластин, вырезанных с базовой Х-плоскости вдоль оси роста кристалла. Полученные данные показали, что на пластинах продольного Х-среза отсутствовали какие-либо полосы роста и другие макро- и микро-дефекты. На пластине Z-среза наблюдалась лишь доменная структура, состоящая из двух кольцеобразных доменов: положительного в центре кристаллической пластины и отрицательного краевого домена. Микроструктура отрицательного краевого домена состояла из гексагональных микродоменов. В конусной части кристалла 164

присутствовали лишь слабо выраженные ростовые кольца рваной формы. Таким образом, использование в технологии кристаллов LiNbO3:Mg при синтезе шихты ниобата лития гомогенно легированной лигатуры Nb2O5:Mg позволило достичь высокой оптической однородности кристаллов. Литература 1. Сидоров Н.В., Волк Т.Р., Маврин Ю.Н., Калинников В.Т. Ниобат лития: дефекты, фоторефракция, колебательный спектр, поляритоны. М.: Наука, 2003. 255 с.

2. Rosenman G., Skliar A., Arie A. Ferroelectric domain engineering for quasiphase-matched nonlinear optical devices // Ferroelectrics Review, 1999. V.l. Р. 263-326.

3. Палатников М.Н., Сидоров Н.В., Калинников В.Т. Технология управляемого синтеза монокристаллических и керамических материалов на основе ниобатов-танталатов щелочных металлов // Цветные металлы. 2000. № 10. С. 54 – 60.

4. Маслобоева С.М.,. Сидоров Н.В, Палатников М.Н. и др. Синтез и исследование строения оксида ниобия (V), легированного катионами Mg2+ и Gd3+ // ЖНХ. 2011. Т. 56. № 8. С. 1264-1268.

2. Палатников М.Н., Сидоров Н.В., Калинников В.Т. Сегнетоэлектрические твердые растворы на основе оксидных соединений ниобия и тантала: синтез, исследование структурного упорядочения и физических характеристик. СанктПетербург: Наука, 2001, 2002 (переиздание). 302 с.

Бобылёв А.Г., Бобылёва Л.Г., Подлубная З.А. АНТИАМИЛОИДНОЕ ДЕЙСТВИЕ КОМПЛЕКСОВ ФУЛЛЕРЕНА С60 С ПОЛИВИНИЛПИРРОЛИДОНОМ И НАТРИЕВОЙ СОЛИ ПОЛИКАРБОКСИЛЬНОГО ПРОИЗВОДНОГО ФУЛЛЕРЕНА С60 НА АМИЛОИДНЫЕ ФИБРИЛЛЫ МЫШЕЧНОГО Х-БЕЛКА И AΒ(1-42)ПЕПТИДА МОЗГА Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Пущино, Россия Bobylev A.G., Bobyleva L.G., Podlubnaya Z.A. ANTIAMYLOID ACTION OF COMPLEXES OF FULLERENE C60 WITH POLYVINYLPYRROLIDONE AND SODIUM SALT OF POLYCARBOXYLIC DERIVATIVE OF C60 ON AMYLOID FIBRILS OF MUSCLE X-PROTEIN AND BRAIN AΒ(1-42)-PEPTIDE Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Puschino, Russia

165

Амилоидные агрегаты – основной признак амилоидозов, конформационных болезней человека и животных, наступающих в результате наследственного или приобретенного нарушения сворачивания белка [1]. Одна из основных стратегий терапии амилоидозов – разрушение амилоидных агрегатов и предотвращение их образования. Мы исследовали in vitro способность фуллерена С60 и его производных разрушать амилоидные фибриллы Аβ(1-42)-пептида, участвующие в патогенезе болезни Альцгеймера, и открытые нами амилоидные фибриллы мышечного Х-белка [2]. С помощью электронной микроскопии (ЭМ) нами была показана способность гидратированного фуллерена С60 разрушать амилоидные фибриллы Х-белка, Аβ(25-35)-пептида и Аβ(1-42)-пептида и предотвращать их формирование [3]. Поскольку низкая растворимость гидратированного фуллерена С60 затрудняла дальнейшее его использование, мы исследовали антиамилоидные эффекты водорастворимой натриевой соли поликарбоксильного производного фуллерена С60 (С60Cl(C6H4CH2COONa)5), а также комплексов фуллерена С60 с поливинилпирролидоном (С60/ПВП) (м.м. ПВП 25000 и 10000) на амилоидные фибриллы Х-белка и Аβ(1-42)-пептида мозга. С помощью ЭМ мы показали разрушающее действие С60Cl(C6H4CH2COONa)5 и С60/ПВП на амилоидные фибриллы Х-белка и Аβ(142)-пептида мозга. Данные вещества не только разрушали амилоидные фибриллы, но и предотвращали образование новых фибрилл. Антиамилоидный эффект С60Cl(C6H4CH2COONa)5 был подтвержден флуоресцентным анализом. Разрушение амилоидных фибрилл Аβ(1-42)-пептида и Х-белка данным производным приводило к значительному снижению интенсивности флуоресценции тиофлавина Т (ТТ), специфического красителя на амилоиды. Добавление С60Cl(C6H4CH2COONa)5 к Аβ(1-42)-пептиду и Х-белку до формирования ими амилоидных фибрилл не приводило к увеличению интенсивности флуоресценции ТТ. Это свидетельствует и о способности С60Cl(C6H4CH2COONa)5 предотвращать образование амилоидных фибрилл. Антиамилоидный эффект С60/ПВП невозможно было исследовать флуоресцентным методом, поскольку он поглощает свет в той же области что и ТТ. Нам необходимо было проверить, как С60Cl(C6H4CH2COONa)5 и С60/ПВП действуют на другие фибриллярные системы мышц и, в частности, на фибриллы мышечного актина. С60/ПВП не препятствовали филаментообразованию актина и не разрушали его нити in vitro. Напротив, натриевая соль поликарбоксильного производного фуллерена С60 разрушала нити актина, а также препятствовала их формированию. Исследование цитотоксичности С60Cl(C6H4CH2COONa)5 и комплексов фуллерена С60 с поливинилпирролидоном показало, что С60/ПВП не оказывали токсического действия на клетки НЕр-2 в диапазоне концентраций 0,016-2 мг/мл, в то время как С60Cl(C6H4CH2COONa)5 оказывала выраженное токсическое действие в диапазоне исследуемых концентраций.

166

Полученные данные о токсичности натриевой соли поликарбоксильного производного фуллерена С60, наряду с её способностью разрушать актиновые нити, исключают её дальнейшее использование на биологических объектах. Комплексы фуллерена С60 с поливинилпирролидоном не проявляли токсических эффектов в диапазоне исследуемых концентраций, что, в сочетании с их выраженным антиамилоидным действием на амилоидные фибриллы Х-белка и Aβ(1-42)-пептида мозга, открывает перспективы для использования этих веществ при создании антиамилоидных препаратов. Работа выполнена при финансовой поддержке программы Президиума РАН «Фундаментальные науки – медицине», грантов РФФИ № 09-04-01161, РФФИ № 10-04-00141 и гранта Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», ГК № 02.740.11.0710. Литература 1. Dobson C.M. Principles of protein folding, misfolding and aggregation // Semin. Cell Dev. Biol. – 2004. – Vol. 15. – P. 3–16.

2. Марсагишвили Л.Г., Шпагина М.Д., Емельяненко В.И., Подлубная З.А. Саркомерные белки семейства тайтина образуют амилоиды // Биофизика. – 2005. – Т. 50, № 5. – С. 803–809.

3. Подлубная З.А., Марсагишвили Л.Г. Новые амилоидные белки семейства тайтина и их свойства: перспективы для диагностики амилоидозов // Технологии живых систем. – 2008 – Т. 5, № 5-6. – С 11-21.

Брусин С.Д., Брусин Л.Д. О ФИЗИЧЕСКОЙ СУЩНОСТИ ДАВЛЕНИЯ В ГАЗАХ Санкт-Петербург, Россия Brusin S.D., Brusin L.D. OF THE PHYSICAL PRESSURE IN GASES St. Petersburg, Russia В настоящей работе рассмотрим давление в газах, представляя тепловую энергию в виде массы эфира [1]. Возьмем цилиндр, под поршнем которого находится 1 моль газа при объеме V, давлении P и температуре Т1. Подогреем его до температуры Т2. При этом давление останется Р, а объем станет V2. Получим увеличение объема на величину v = V 2 – V1 (1) Объeм v заполняется полученным от нагревателя количеством тепловой энергии Q, которое представляет согласно [1] массу эфира m и определяется соотношением Q = mc2 .

(2)

167

Из школьного курса физики известно, что состояние 1 моля газа описывается уравнением Клапейрона – Менделеева: PV = RT, (3) где R - универсальная газовая постоянная. Запишем это уравнение для состояний газа при температуре T1 и T2: PV1 = RT1, (4) PV2 = RT2 (5) Вычитая уравнение (5) из уравнения (4), получим: P (V2 – V1 ) = R (T2 – T1) (6) Отсюда видно, что для заполнения величины увеличенного объема v при давлении Р израсходована тепловая энергия Q, равная произведению универсальной газовой постоянной на приобретенную газом разность температур. Учитывая это, выражение (6) примет вид Pv=Q (7) Подставляя значение Q из соотношения (2), получаем P v = m c 2, (8) а отсюда (9) Так как отношение массы эфира m к занимаемому им объему v представляет плотность d эфира, то в результате имеем: P = d c2 (10) На основании этого сформулируем свойство эфира производить давление: “Эфир плотностью d производит давление p; при этом существует зависимость p = dc2 (с – скорость света в вакууме)." Таким образом, в соответствии с этим свойством эфира давление газа определяется плотностью эфира, находящегося между его молекулами. Подставив в найденное соотношение значение Р = 1 атм. = 100000 Па и с = 300000 км/с = 3∙108 м/с, получим: при давлении в 1 атмосферу плотность принадлежащего газу эфира, находящегося между его молекулами, составляет порядок 10-15 г/см3. Отметим, что еще в 1909 году известный английский ученый Дж. Дж. Томсон получил такое же значение [2]. Литература 1. Брусин С.Д., Брусин Л.Д. Теоретические основы тепловой энергии. Сб. статей “Высокие технологии, фундаментальные исследования, экономика”, Т. 3, Часть 1: Сборник статей Двенадцатой международной научно-практической конференции “Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности“. 08-10 декабря 2011 года, Санкт-Петербург, Россия / под ред. А.П. Кудинова. - СПб.: Изд-во Политехн. унта, 2011, с. 206-209.

2. Томсон Дж. Дж. Материя, энергия и эфир. Книгоиздательство “Физика”, С-Петербург, 1911.

168

Брусин С.Д., Брусин Л.Д. ПРИЧИНА АВАРИИ НА САЯНО-ШУШЕНСКОЙ ГЭС Санкт-Петербург Brusin S.D., Brusin L.D. THE CAUSE OF THE ACCIDENT AT THE SAYANO-SHUSHENSKAYA HYDROELECTRIC POWER STATION Авария на СШГЭС в августе 2009 г. унесла 75 человеческих жизней и причинила большой материальный ущерб. В настоящей работе раскрывается причина аварии, на основании чего приводятся меры для недопущения подобных аварий. Согласно результатам анализа параметров регистрирующей аппаратуры развитие аварии представляется следующим образом: “Ключевой момент в развитии катастрофы - отказ датчика частоты вращения ротора... Затем произошло короткое замыкание на электрогенераторе и через 1,2 с - полное обесточивание электрогенератора, а еще через 2 с произошел вылет ротора гидроагрегата из турбинного колодца вследствие отрыва турбинной крышки” [1]. Ниже мы рассмотрим причину отрыва турбинной крышки, что привело к трагедии. Для этого рассмотрим короткое замыкание по цепи: выходное напряжение генератора U – ось генератора – ось турбины – обод турбины – статор турбинной камеры – заземление; в зазоре между ободом и статором проходит вода [2]. На эту воду воздействует высокое напряжение U, в результате чего выделяется большое количество тепловой энергии, характеризующееся массой выделенного эфира [3], который распространяется в свободном объеме турбинной камеры. Таким образом, в турбинной камере образуется определенная плотность эфира, характеризующая возникшее давление [4], под действием которого произошел отрыв турбинной крышки и выброс всего агрегата. Методика расчета следующая: 1. Определяется омическое сопротивление R воды, находящейся в зазоре между ободом и статором.

2. Определяется мощность P выделяемой тепловой энергии от действия напряжения U: P = U2 / R, (1) 3. Определяется тепловая энергия Q, выделяемая за время t действия напряжения U: Q= Pt (2) 4. В соответствии с [3] определяется масса m выделенного эфира: m = Q / c 2, (3) где с – скорость света в вакууме.

5. Определяется плотность эфира d в турбинной камере: d=m/V, (4) где V – объем турбинной камеры, за вычетом объема турбины и находящейся в ней воды.

6. Согласно [4] определяется давление в турбинной камере, производимое эфиром: 169

p = dc2 (5) С учетом (3) и (4) имеем: p=Q/V (6) Ниже произведем расчет. Сопротивление R лучше определить экспериментально на объекте. Для этого необходимо перекрыть трубу, по которой выходит вода из турбины, набрать воды до верха лопастей и измерить омическое сопротивление между осью турбины и турбиной камерой. По соотношению (1) убедиться в большой мощности выделяемой тепловой энергии, которая при определенном времени действия высокого напряжения, согласно (2), приводит к большому выделению тепловой энергии, что, в соответствии с (6), приводит к высокому давлению в турбинной камере. Теоретический расчет сопротивления R проведем по соотношению: R = rl / πD1h , (7) где r – удельное сопротивление воды, l – величина зазора между ободом и статором, D1 – диаметр обода, h – высота обода. Измерение удельного сопротивления питьевой воды составило 200 Ом•м; для речной воды это значение будет меньше. D1 = 6,77 м, l = 0,02 м, h = 0,3м. Получаем R ≈ 0,6 Ом. Так как напряжение U = 15750 В и время его действия t =1,2 с, то получаем Q=496 Мдж. При диаметре турбинной камеры 8,65 м и высоте 2 м весь объем ее составит V = 117 м3. В расчет возьмем эту величину, хотя, за вычетом объема турбины и находящейся в ней воды, расчетная величина будет меньше, что даст большее значение давления. Согласно (6) имеем р = 4,2 Мпа. По данным [1] давление на крышку при аварии должно быть не менее 1,7 Мпа. Таким образом, авария произошла за счет превышения этой величины. Выводы 1. Авария произошла за счет пробоя высокого напряжения генератора на турбину.

2. Для предотвращения подобной аварии необходимо тщательно электроизолировать оси генератора и турбины в местах их соединения. Это необходимо сделать на всех знергоблоках СШГЭС и на подобных блоках Литература 1. Лобановский Ю.И. Технические причины катастрофы на СаяноШушенской ГЭС, http://www.synerjetics.ru/article/catastrophe.htm 2. Кривченко Г.И. Гидравлические машины. М. 1983, с. 21.

3. Брусин С.Д., Брусин Л.Д. Теоретические основы тепловой энергии. Сб. статей “Высокие технологии, фундаментальные исследования, экономика”, Т. 3, Часть 1: Сборник статей Двенадцатой международной научно-практической конференции “Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности“. 08-10 декабря 2011 года, Санкт-Петербург, Россия / под ред. А.П. Кудинова. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011, с. 206-209.

170

4. Здесь же.

Брусин Л.Д., Брусин С.Д. О физической сущности давления в газах.

Величко В.Н., Neubert M., Nedbal J. БЕСПРОВОДНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЧАСТЕЙ ВРАЩАЮЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ VVV VÝCHOD, spol. s r.o., VVV MOST spol. s r.o., KMF MFF UK, Прага, Чешская Республика Velychko V., Neubert M., Nedbal J. WIRELESS TEMPERATURE MEASUREMENT OF PARTS ON ROTATING OBJECTS VVV VÝCHOD, spol. s r.o., VVV MOST spol. s r.o., KMF MFF UK, Prague, Czech Republic Введение. Измерение температуры различных узлов и агрегатов широко используется промышленностью в автоматизированных системах управления. Этот параметр часто позволяет судить о состоянии объекта и его текущих режимах работы, а также может служить ключевым фактором при генерации аварийных сигналов. Созданные к настоящему времени системы измерения температуры в большинстве случаев применимы при измерениях частей стационарных объектов, однако при температурном измерении частей вращающихся объектов (деталей редукторов, роторов приводных барабанов (ПБ), двигателей) возникает ряд затруднений, связанных с передачей питающих напряжений и информационных сигналов с ротора на статор. Как правило, в таких случаях передача сигналов осуществляется с помощью контактных токосъемников, однако данный вариант приводит к возникновению шумов и отличается малой механической надёжностью [1]. Применение пирометров часто исключено, так как термометрируемые детали могут находиться в пыльной среде или вне зоны прямого обзора, что препятствует формированию устойчивого оптического канала связи. В связи с вышеизложенным, цель настоящей работы состояла в разработке системы измерения температуры, позволяющей устранить указанные ограничения. Реализация. Для измерения температуры вращающихся частей было предложено применить технологию радиочастотной идентификации (RFID). Суть данной технологии в использовании двух частей: активной и пассивной. Активная часть (считыватель) служит для модулирования и демодулирования радиочастотного сигнала, его обработки и хранения полученных данных. Пассивная часть (метка) служит для приёма сигнала от считывателя и передачи уникального идентификационного номера [2].

171

Структурно считыватель состоит из генератора, модулятора, демодулятора, антенны и микропроцессорного блока. Пассивная метка не имеет встроенного источника энергии и обычно состоит из антенны, выпрямителя, простого электронного блока и силового элемента, обеспечивающего передачу информации от метки к считывателю с помощью модуляции нагрузкой. Энергию, необходимую для функционирования электронного блока метка получает от индуцированного в антенне электромагнитного сигнала от считывателя. Модуль считывателя

Измерительный модуль Мет-

~

~

ка

Антенна считывателя Магнитное поле H

Антенна метки

Д1

…Дn

t°C

t°C

Стандартная конструкция считывателя была оставлена без существенных изменений, конструкция метки была дополнена добавлением температурных датчиков Д1…Дn и заменой электронного блока на энергоэффективный микроконтроллер. Измерение температуры производится терморезистивным датчиком. В основе определения сопротивления датчика лежит метод последовательного заряда конденсатора с помощью терморезистора и эталонного сопротивления. Измерить времена заряда микроконтроллер позволяет с высокой точностью, а отношение двух времён заряда прямо пропорционально отношению измеряемого сопротивления к эталонному [3]. Данный принцип измерения даёт возможность отказаться от традиционных аналогово-цифровых преобразователей, в результате чего уменьшается потребление энергии, повышается скорость аналогово-цифрового преобразования и снижаются экономические затраты. Из широкого диапазона рабочих частот систем RFID (125 кГц – 2,4 ГГц) была выбрана частота 13,56 МГц, т.к. она позволяет использовать высокую скорость передачи информации при обеспечении удовлетворительного расстояния между антеннами считывателя и метки при наличии близкорасположенных металлических предметов. Размещение измерительного модуля (ИМ) с датчиками температуры на вращающемся объекте вблизи стационарной антенны считывателя должно позволять производить измерения температуры даже при кратковременном появлении антенны метки вблизи антенны считывателя. Результаты и обсуждение. На основе описанной конструкции был создан прототип измерительной системы, который был установлен на карьерный отвалообразователь ZPD 8000, расположенный в шахте открытого 172

типа вблизи города Билина (Bílina), Чехия. Конструкционно отвалообразователь состоит из ПБ, возвратного барабана, конвейерной ленты (КЛ) и приводных электромоторов. В момент запуска и при пиковых нагрузках КЛ по отношению к ПБ из-за недостаточной силы трения может проскальзывать. Для увеличения силы трения на ПБ установлена резиновая футеровка. Из-за соображений безопасности очень важно своевременное обнаружение моментов проскальзывания, а также генерирование аварийного сигнала при повышении температуры футеровки и КЛ выше критических. Прототип ИМ был прикреплён к торцу ПБ, платиновые терморезисторы марки Pt1000 в количестве 5 штук были установлены внутри резиновой футеровки на глубине 0, 4, 8, 12 и 16 мм. Антенна считывателя имела размеры 15х40 см и была расположена на расстоянии 15 см от антенны ИМ. Скорость движения КЛ в стационарном режиме равнялась 8 м/с, что при диаметре ПБ 150 см даёт частоту оборотов равную 1,7 Гц. Антенна ИМ, имея размеры 7х15 см, пребывает в поле действия антенны считывателя около 30 мс за один оборот ПБ. За это время ИМ успевает саккумулировать достаточную для работы энергию, произвести 10 циклов измерений и передать данные о температуре считывателю. Данные сохраняются на флеш-карту с возможностью последующего анализа. Один из зарегистрированных моментов проскальзывания КЛ по отношению к футеровке ПБ приведён на нижеследующем рисунке.

Заключение. Предложенная конструкция позволяет при минимальном вмешательстве в измеряемый объект производить контактное измерение температуры вращающихся частей. Отсутствие питающих батарей на ИМ вместе с беспроводной передачей информации обеспечивает высокую надёжность системы, возможность долговременной работы без обслуживания, гальванические отделение ИМ. Возможность практического использования подтверждена путем изготовления прототипа и его испытания. (Проблема решалась в рамках проекта FR-TI1/537 программы TIP Минпромторга ЧР)

173

Литература 1. Зедгинидзе Г.П. Измерение температуры вращающихся деталей машин // Г.П. Зедгинидзе – М.: Машгиз, 1962. – 271 с.

2. Finkenzeller K. The RFID Handbook. Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards and Identification // K. Finkenzeller – Wiley, 2003. – 434 p.

3. Cox D. Implementing Ohmmeter/Temperature Sensor // Application notes AN512, Microchip Technology, Inc., 1997. – 6 p.

Вильчинская С.С., Олешко В.И. ИМПУЛЬСНАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ АКТИВИРОВАННЫХ КРИСТАЛЛОВ СЕЛЕНИДА ЦИНКА Томский политехнический университет, Томск, Россия Vilchinskaya S.S., Oleshko V.I. PULSE LUMINESCENCE OF ACTIVATED ZINC SELENIDE CRYSTALS Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia Целью работы является исследование спектрально-кинетических характеристик импульсной рентгенолюминесценции (ИРЛ), легированных изовалентными примесями (ИВП) кристаллов ZnSe, которые в составе детекторов ионизирующих излучений предлагается использовать в электронном и ядерном приборостроении. Для исследования свечения активированных кристаллов ZnSe использовалась методика импульсной люминесцентной спектрометрии с наносекундным временным разрешением [1]. Источником наносекундного электронного пучка служил импульсный ускоритель электронов с параметрами: средняя энергия электронов 0,3 МэВ, длительность импульса ~ 10 нс. Рентгеновское излучение формировалось путем торможения электронного пучка в медном аноде толщиной 100 мкм. Плотность энергии рентгеновского излучения достигала ~10-4 Дж/см2. Свечение образца регистрировалось ФЭУ-84 и осциллографом Tektronix TDS 2022. В качестве исследуемых образцов использовались специально не легированные кристаллы ZnSe и легированные различными ИВП. С целью улучшить сцинтилляционные характеристики материала (увеличить световой выход, увеличить быстродействие) в Институте сцинтилляционных материалов НАН Украины [2] были получены новые полупроводниковые материалы на основе селенида цинка с активирующими добавками бария, церия, галлия, самария, европия. Легированные кристаллы ZnSe были выращены из расплава. Уровень легирования ИВП составлял ~1020 см-3. Изучение ИРЛ исследуемых кристаллов при 300 К выявило следующие особенности. Спектры ИРЛ всех исследуемых образцов представляют собой широкую «оранжевую» полосу с максимумом в области 600 нм и полушириной 174

ΔЕ ~ 350 мэВ. Спектры различных образцов отличаются лишь значением интенсивности ИРЛ (табл.1). Ранее сообщалось, что появление спектральной полосы с максимумом 600 нм при 300К вызвано переходом, связанным с (VZn, AlZn). Также предполагалось, что она обусловлена избыточным Zn. Данные, приведенные в табл. 1, демонстрируют, что полоса в области 600 нм появляется независимо от типа введенной ИВП. Она присутствует даже в чистых кристаллах, но ее интенсивность на 1-2 порядка меньше, чем у ZnSe(ИВП). Величина уровня послесвечения сцинтиллятора определяет динамический диапазон чувствительности как детектора, так и интроскопической системы в целом. Поэтому длительное послесвечение (сотни микросекунд и более) является нежелательной характеристикой сцинтиллятора. Кинетика затухания ИРЛ всех исследуемых образцов при λ=600 нм описывается суммой двух экспоненциальных функций с временами релаксации τ1 и τ2, приведенными в таблице 1. Все образцы отличаются различным вкладом компонентов с τ1 и τ2. Таблица 1. Относительная интенсивность ИРЛ (λmax = 600нм) чистых и активированных кристаллов селенида цинка. Кристалл ZnSe(Ba) ZnSe(Ce) ZnSe(Ga) ZnSe(Sm) ZnSe ZnSe(Eu) ZnSe(Te)

Imax (отн. ед) 128 63 57 20 8 0,6 45

τ1 (мкс) 17 17 11 7 26 17

τ2 (мкс) 2 2 5 2 3 5

Одной из основных задач получения высокоэффективных сцинтилляционных материалов является подавление всех полос излучения, кроме «рабочих» для конкретного сцинтиллятора. Устранения «нежелательных» полос можно добиться варьированием уровня возбуждения люминесценции. Экспериментально были определены оптимальные условия возбуждения образцов селенида цинка. Такие условия реализуются при возбуждении кристаллов импульсным рентгеновским излучением (уровень возбуждения G = 1020 - 1022 пар/см3с). Наиболее интенсивное свечение (табл. 1) наблюдается для кристаллов ZnSe(Ba), ZnSe(Ce), ZnSe(Ga), которые могут составить конкуренцию ZnSe(Te), применяемому в настоящее время в составе детекторов ионизирующих излучений. ZnSe(Eu) не рекомендуется использовать в качестве сцинтиллятора, в связи с низкой интенсивностью ИРЛ и длительным временем послесвечения.

175

Литература 1. Старжинский Н.Г. и др. Сцинтилляторы на основе соединений AIIBVI. Получение, свойства и особенности применения / Харьков: Институт монокристаллов. 2007. 296 c.

2. Лисицын В.М., Корепанов В.И. Спектральные измерения с временным разрешением. Учебное пособие / Томск: Издательство ТПУ. 2007. 94 c.

Грачек В.И., Шункевич А.А., Марцынкевич Р.В., Исакович О.И. ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ НОВЫХ ВОЛОКНИСТЫХ АЗОТФОСФОРСОДЕРЖАЩИХ ИОНИТОВ ФИБАН Институт физико-органической химии НАН Беларуси, Минск, Беларусь Grachek V.I., Shunkevich A.A., Martsynkevich R.V., Isakovich O.I. SYNTHESIS AND INVESTIGATION OF NEW FIBROUS NITROGENPHOSPHOROUS CONTAINIG ION EXCHANGERS FIBAN Institute of physical organic chemistry NAS of Belarus, Minsk, Belarus В гидрометаллургии, химической технологии, фармацевтической промышленности и аналитической химии необходимы эффективные комплексообразующие сорбенты для разделения, извлечения и концентрирования элементов из растворов. Такие сорбенты применяются для концентрирования и разделения благородных и редких металлов, глубокой очистки растворов кислот, щелочей и солей металлов, при анализе природных и промышленных объектов, – все это примеры использования высоких технологий. Поэтому получение и изучение новых волокнистых сорбентов является важнейшим направлением развития химии полимеров. Для синтеза новых сорбентов использовали полиакрилонитрильное (ПАН) волокно «нитрон Д». Функциональные группы вводили с помощью реакций аминирования (I стадия) и фосфорилирования (II стадия). Реакцию аминирования проводили 40%-ными водными растворами этилендиамина (ЭДА) и диэтилентриамина (ДЭТА) при температуре 950С. Продолжительность реакции составляла 10-12 часов. В зависимости от аминов и фосфорилирующих агентов, используемых при аминировании ПАН-волокна, синтезированные сорбционные материалы получили следующие товарные названия: при аминировании ЭДА – ФИБАН Р-1-1 и Р-1-2, при аминировании ДЭТА – ФИБАН Р-2-1 и Р-2-2. Фосфорилирование аминированного волокна (АВ) проводили по реакции Кабачника–Филдса. В качестве карбонильной компоненты в реакции использовали формальдегид, а в качестве фосфорилирующего агента – гипофосфит натрия (ФИБАН Р-1-1 и Р-2-1) или PCl3 (ФИБАН Р-1-2 и Р-2-2). На протекание реакции фосфорилирования оказывает большое влияние рН реакционной среды. Для того, чтобы получить дизамещение по первичной аминогруппе, реакцию фосфорилирования 176

проводили при рН 0. Характеристики полученных сорбентов представлены в таблице.

№ п/ п 1 2 3 4

Таблица. Обменная емкость и набухание новых сорбентов Сорбент %Р СОЕ, мг-экв/г Набухание, г/г кисл. гр. основ. гр. НNa, Hформа. форма. ФИБАН Р-1-1 9.2 5.35 0.58 0.90 1.32 ФИБАН Р-2-1 9.2 3.99 1.2 0.45 0.67 ФИБАН Р-1-2 8.9 7.10 0.15 0.70 1.25 ФИБАН Р-2-2 8.8 7.25 1.25 0.41 0.57

Исследование способности новых волокнистых материалов сорбировать катионы тяжелых и цветных металлов проводили в динамических условиях, используя модельный раствор, содержащий по 210-2 ммоль/л CuCI2, NiCI2, CoCI2, ZnCI2, CdCI2, Pb(NO3)2 на фоне 2 ммоль/л СаCI2.. Было установлено, что равновесное значение величины сорбции после пропускания через иониты 40 л модельного раствора достигается на всех изученных ионитах по ионам кобальта, никеля, кадмия и цинка. В случае ионов меди и свинца равновесная сорбция в этих условиях не достигается. Анализ выходных кривых показал, что при пропускании раствора через колонки с ионитами со скоростью 10 см/мин выходные кривые сорбции разных металлов имеют различный характер, но примерно одинаковый для всех изученных ионитов. Выходные кривые сорбции никеля, кобальта и, в некоторой степени, цинка и кадмия, имеют ярко выраженный подъем, а выходные кривые меди и свинца имеют более пологий характер. Ряд избирательности ионов для сорбентов, которые получены фосфорилированием АВ гипофосфитом натрия (ФИБАН Р-1-1 и ФИБАН Р-2-1) имеет следующий вид: Pb  Cu  Cd  Zn  Ni > Cо, а для сорбентов, полученных обработкой АВ PCl3 (ФИБАН Р-1-2 и ФИБАН Р-2-2), ряд избирательности ионов несколько изменяется : Pb  Cu  Zn  Cd  Ni > Cо, т. е. в ряду избирательности Cd и Zn меняются местами. Перестановка ионов объясняется разной структурой ионитов, полученных фосфорилированием АВ различными агентами. В динамических условиях исследовали сорбцию ионов кадмия из раствора CdCI2 с концентрацией 210-2 ммоль/л на фоне 2 ммоль/л СаCI2 на ионитах ФИБАН Р-1-1 и Р-2-1. Иониты хорошо сорбируют кадмий из разбавленных растворов в присутствии ионов кальция при разных скоростях (2 см/мин, 5 см/мин и 10 см/мин). Сорбцию ионов цинка в динамических условиях проводили на ионитах ФИБАН Р-1-2 и Р-2-2 из раствора ZnCI2 с концентрацией 210-2 ммоль/л на фоне 2 ммоль/л СаCI2 при рН 6. Ионит ФИБАН Р-1-2 лучше ФИБАН Р-2-2 сорбирует ионы цинка при скорости 10 см/мин на фоне ионов кальция. Тем не менее, изученные иониты можно использовать для решения

177

таких практических задач как концентрирование и извлечение ионов цинка и кадмия из растворов в присутствии ионов кальция. Десорбцию ионов тяжелых и цветных металлов проводили в динамических условиях при комнатной температуре. Показано, что сорбенты легко регенерируются 0,5 н соляной кислотой по всем изученным ионам металлов, за исключением ионов свинца, для извлечения которого необходимо использовать 0,5 н раствор азотной кислоты. Новые иониты ФИБАН обладают высокой сорбционной активностью, хорошими кинетическими свойствами, не теряют свои сорбционные и механические свойства и могут применяться, как минимум, в двенадцати циклах сорбции-десорбции без изменения обменной емкости, что имеет большое значение для практических целей, так как ионообменные материалы можно многократно использовать в технологических процессах.

Гращенков С. И. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИСПАРЯЮЩЕЙСЯ КАПЛИ С ПЛОСКОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ЖИДКОСТИ Псковский государственный университет, Псков, Россия Grashchenkov S.I. INTERACTIONS OF EVAPORATING DROPLET WITH PLANE LIQUID SURFACE Pskov State Pedagogical University, Pskov, Russia Рассматривается теоретический анализ движения умеренно крупной капли жидкости вблизи бесконечной плоской поверхности нелетучей жидкости или твердого тела, вызванного испарением вещества с поверхности капли. Полагается, что процесс испарения вещества с поверхности капли квазистационарен (т.е. времена температурной и диффузионной релаксации малы по сравнению с характерным временем испарения капли) и происходит при малых относительных перепадах температуры и концентрации. Полагается, что относительная численная концентрация C1 молекул испаряющегося вещества подчиняется условию C1<<1 (C1=n1/n∞, n∞= n1+ n2, где n1, n2 – соответственно, концентрации молекул паров испаряющегося вещества и молекул второго компонента газовой смеси, не поглощаемого поверхностью жидкости). Распределение в газе концентрации вещества, испаряющегося с поверхности капли, в этом случае описывается уравнением Лапласа C1  0 . Распределения температуры внутри и в окрестности капли описываются также уравнением Лапласа T  0 . В граничных условиях учитывались поправки первого порядка по числу Кнудсена (изотермическое скольжение газа и скачки

178

температуры и концентрации). Также учитывались стефановский эффект, тепловое и диффузионное скольжения и термокапиллярные эффекты. Рассматриваемую задачу можно разложить на три вспомогательных: поиск сил вязкого сопротивления, действующих на каплю, вызванную её движением; нахождение концентрации испаряющего вещества вне капли и нахождение распределения температур вне и внутри капли и в жидкости, ограниченной плоской поверхностью; поиск по известным распределениям температуры и концентрации сил, действующих на капли и обусловленных их испарением. После решения этих задач уставившаяся скорость движения капли легко находится из условия равенства нулю равнодействующих всех сил действующих на каплю.

Первая задача решена в работе [1]. Вторая и третья задача решены на основе подходов изложенных в работах [2,3]. На основе полученных соотношений были проведены расчеты скорости установившегося движения испаряющейся капли воды, находящейся в воздухе при 20  C и давлении 10 5 Па . На рисунке показаны зависимости скорости u1 капли воды радиусом 1 мкм, испаряющейся вблизи бесконечной плоской поверхности твердого тела, от относительного расстояния h /R1 между поверхностью капли и плоской поверхностью твердого тела, при разных теплопроводностях этого тела.  Влажность воздуха полагалась равной 99%. На рисунке 2 – отношение 1 теплопроводности твердого тела к теплопроводности воды, R1 – радиус капли, h – расстояние между поверхностью капли и плоской поверхностью твердого 179

тела. Отрицательнее значение скорости соответствует сближению капли со стенкой, а положительное – удалению от неё. Из рисунка видно, что при достаточно низких теплопроводностях твердого тела скорость капли может менять знак. Анализ составляющих скорости показал, что это обусловлено тем, что для небольших капель основным является вклад обусловленный наличием теплового скольжения газа на поверхностях стенки и капли. При этом скольжение на поверхности частицы вызывает ее движение от стенки, а тепловое скольжение на стенке вызывает движение частицы направленное к стенке. Преобладание одного из них на малых расстояниях, а другого на больших и обуславливает изменение знака скорости. Само тепловое скольжение на стенке вызвано неоднородностью температуры ее поверхности, вследствие её охлаждения под влиянием испаряющейся капли. Понятно, что эта неоднородность, а, следовательно, и величина теплового скольжения тем больше, чем меньше теплопроводность твердого тела. Поэтому направление движения капли меняется при изменении тепловодности твердого тела. Литература 1. Grashchenkov S.I. The effect of slip on the Motion of Two Droplets and of a Droplet Close to a Plane Surface of a Liquid / Aerosol Science and Technology.

1996. Vol.25. Issue 2. рр.101-112.

2. Гращенков С.И., Щукин Е.Р., Яламов Ю.И. Испарение двух капель с учётом скачков температуры и концентрации на их поверхностях / Коллоидный журнал, 1998 т. 60. № 4, С. 454-459 3. Гращенков С.И. Гидродинамическое взаимодействие двух испаряющихся капель / Коллоидный журнал, 2002, т.64. № 3. С. 317-324.

Джусипбеков У.Ж., Султанбаева Г.Ш., Чернякова Р.М., Кусаинова М.Ж., Агатаева А.А, Акылбаева Н.А. СОВМЕСТНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ФОСФОРИТА И ГЛАУКОНИТА НА ФОСФОРНЫЕ КАЛИЙСОДЕРЖАЩИЕ УДОБРЕНИЯ АО «Институт химических наук им.А.Б.Бектурова», Алматы, Казахстан Djusipbekov U.Zh., Sultanbayeva G.Sh., Chernyakova R.M., Kusainova M.Zh., Agatayeva A. A., Akylbayeva N.A. COOPERATIVE PROCESSING OF PHOSPHORITE AND GLAUCONITE ON PHOSPHORIC POTASSIUM CONTAINING FERTILIZERS Joint-stock company «A.B.Bekturova Institute of Chemical Sciences», Almaty, Kazakhstan Одним из перспективных направлений решения эффективного использования фосфатного сырья в производстве минеральных удобрений 180

является кислотный метод их получения в присутствии модифицирующих добавок, таких как глаукониты, в состав которых входит калий. За рубежом (Россия, Украина, Венгрия, США и др.) глаукониты применяются непосредственно как калийсодержащее удобрение. В Казахстане имеются глаукониты Уалихановского месторождения, которые пока еще мало изучены и до сегодняшнего дня не нашли практического применения. Раннее проведенные исследования выявили высокую устойчивость его структуры в фосфорной кислоте по Al-O, Fe-O и Si-O связям. В фосфорную кислоту практически полностью переходит калий, следовательно, глауконит можно использовать для получения фосфорных калийсодержащих удобрений при его совместной переработке с фосфоритом методом кислотного разложения. В первой серии процесс разложения глауконита проводили при следующих условиях: СН3РО4=20% (по Р2О5), температура – 900С, время разложения – 45 мин. Во второй серии опытов: СН3РО4=50% (по Р2О5), температура – 750С, время – 210 минут. Опыты проводили при соотношении «глауконит-Н3РО4» (Т:Ж) равно 5:100, 20:100 и 30:100 в условиях перемешивания. Анализ полученных данных показал, что все удобрительные продукты характеризуются высоким содержанием фосфатных форм, растворимых в 2% лимонной кислоте. В удобрениях типа простого суперфосфата (15,0-25,9% Р2О5) степень водо-, лимонно- и цитратноусвояемой Р2О5 несколько меньше, чем в продуктах типа обогащенного суперфосфата (37,5-39,8% % Р2О5). Аммонизация кислой пульпы уменьшает содержание усвояемой Р2О5 в воде (Кусв.=85,4% и 50,2%) по сравнению с удобрениями, полученными без аммонизации (Квод.усв.= 60,0-85,9%). В серии опытов, в которых используется для разложения сырья только Н3РО4, расход Р2О5 составляет 104,8-106,8 г на 100 г фосфорита, но при этом норма глауконита различна. В результате получены удобрения по содержанию общего Р2О5 на уровне двойного суперфосфата (44,3-45,0% Р2О5 общ.) и обогащенного суперфосфата (37,5-39,8% Р2О5 общ.). Удобрения типа обогащенного суперфосфата характеризуются высоким содержанием всех усвояемых форм Р2О5. Однако для удобрения, полученного разложением смеси фосфорита с глауконитом концентрированной фосфорной кислотой (50% Р2О5), разложение сырья протекает глубже, что отражается в более высоком содержании усвояемых фосфатных форм, чем в удобрениях, полученных с использованием 20%-ной по Р2О5 фосфорной кислоте. Аналогичная тенденция влияния концентрации фосфорной кислоты прослеживается и при получении удобрений типа двойного суперфосфата. Таким образом, подбирая условия, соответствующие сохранению стабильности структуры, процесс можно проводить при оптимальных условиях с минимальным переходом в жидкую фазу Si, Fe, Ca и Mg с получением удобрений по содержанию общего Р2О5 на уровне двойного суперфосфата (44,3-45,0% Р2О5общ.) и обогащенного суперфосфата (37,5-39,8% Р2О5общ.).

181

Исламова Р.М.1, 2, Назарова С.В.1, Мударисова Р.Х.1 КОНТРОЛИРУЕМАЯ РАДИКАЛЬНАЯ ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ ВИНИЛОВЫХ МОНОМЕРОВ В ПРИСУТСТВИИ МЕТАЛЛОКОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической химии Уфимского научного центра РАН, Уфа, Россия 2 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Башкирский государственный аграрный университет», Уфа, Россия Islamova R.M.1, 2, Nazarova S.V.1, Mudarisova R.Kh.1 CONTROLLED RADICAL POLYMERIZATION OF VINYL MONOMERS IN THE PRESENCE OF METAL COMPLEXES 1 Institute of Organic Chemistry of Ufa Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences, Ufa, Russia 2 Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education “Bashkir State Agrarian University”, Ufa, Russia Радикальная полимеризация является одним из наиболее востребованных методов получения полимерных материалов. На сегодняшний день интенсивно разрабатываются два наиболее важных и крупных направления контролируемого синтеза: псевдоживая и комплексно-радикальная полимеризация. Использование в этих процессах металлосодержащих соединений открывает большие перспективы на пути создания ряда полимеров с улучшенным комплексом свойств. Особое внимание исследователей привлекают соединения с переходными металлами, различающиеся как электронным строением координирующих ионов металлов, так и их лигандным окружением, которые позволяют влиять на все стадии процесса: инициирование, рост и обрыв цепи. Исследована радикальная полимеризация метилметакрилата (ММА) и стирола в массе в присутствии различных инициаторов (диацильные пероксиды (пероксид бензоила (ПБ) и пероксид лаурила), азодиизобутиронитрил (АИБН) и 1,1-бисгидропероксициклододекан) и металлокомплексных соединений (замещенные и незамещенные металлоцены; клатрохелаты Fe(II), содержащие и не содержащие ферроценильные фрагменты; комплексы порфиринов Ti(IV)O, Zr(IV)(OCOCH3)2, Fe(III)Cl и Co(III)(OCOCH3)). Установлено, что замещенные и незамещенные металлоцены, клатрохелаты Fe(II), содержащие и не содержащие ферроценильные фрагменты, комплексы порфиринов Ti(IV)О и Zr(IV)(ОСОСН3)2 в сочетании с пероксидными инициаторами образуют эффективные инициирующие системы, которые позволяют проводить полимеризацию ММА в широком интервале температур, способствуют увеличению скорости полимеризации и снижению 182

эффективной энергии активации процесса. Наиболее реакционноспособные инициирующие системы в сочетании с пероксидами образуют ферроценилсодержащие полу- и клатрохелаты Fe(II), а также азиниловые производные ферроцена. Показано, что изменение соотношения компонентов инициирующих систем дает возможность синтезировать полиметилметакрилат (ПММА) с молекулярной массой от 300 тысяч до трех миллионов. При использовании в качестве инициатора АИБН ферроценилсодержащие клатрохелаты Fe(II) и комплексы порфиринов Ti(IV)О и Zr(IV)(ОСОСН3)2 в исследованном диапазоне концентраций практически не влияют на кинетические параметры процесса полимеризации виниловых мономеров, но способствуют увеличению содержания синдиотактических триад в получаемом ПММА, а также повышению термостойкости ПММА и полистирола. В случае введения в полимеризацию виниловых мономеров, инициированную АИБН, азиниловых производных ферроцена или клатрохелатов Fe(II), не содержащих ферроценильные фрагменты, наряду с изменением микроструктуры полимеров, возрастает общая скорость процесса. Установлено, что полимеризация ММА и стирола, инициированная АИБН в присутствии порфиринов Fe(III)Cl, имеет признаки контролируемого роста макроцепей по механизму RATRP. Изученные железохлорпорфирины позволяют контролировать не только молекулярно-массовое распределение, но и микроструктуру получаемого ПММА. При использовании в качестве инициатора ПБ в присутствии железохлорпорфиринов наблюдается резкое замедление полимеризации ММА, обусловленное образованием неактивного продукта, тогда как полимеризация стирола в аналогичных условиях протекает до глубоких конверсий. При полимеризации виниловых мономеров в присутствии порфиринов Co(III)(OCOCH3) «отравление» кобальтовых комплексов как катализаторов передачи цепи пероксидными инициаторами не происходит, что приводит к увеличению начальной скорости процесса, снижению эффекта автоускорения полимеризации, уменьшению молекулярной массы и изменению микроструктуры синтезируемого ПММА. Для всех образцов ПММА и полистирола, полученных в присутствии исследованных металлокомплексных соединений, независимо от типа инициатора, наблюдается увеличение термостойкости на 20-60С, в зависимости от условий процесса. Содержание синдиотактических триад в ПММА, синтезированном на основе всех изученных металлокомплексных соединений, независимо от типа инициатора, возрастает на 3-10%. Таким образом, можно заключить, что изученные металлосодержащие соединения являются перспективными добавками для проведения радикальной полимеризации виниловых мономеров в контролируемом режиме. Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 10-0300027-а.

183

Клечковская В.В.*, Орехов А.С.*, Баклагина Ю.Г.**, Кононова С.В.**, Петрова В.А.**, Кручинина Е.В.** НОВЫЕ ПОДХОДЫ К ИССЛЕДОВАНИЮ МУЛЬТИСЛОЙНЫХ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТНЫХ КОМПОЗИТОВ *ФГБУН Институт кристаллографии имени А.В.Шубникова РАН, Москва, Россия **ФГБУН Институт высокомолекулярных соединений РАН, Санкт-Петербург, Россия Klechkovskaya V.V.*, Orekhov A.S.*, Baklagina Y.G.**, Kononova S.V.**, Petrova V.A.**, Kruchinina E.V.** NEW APPROACHES TO THE STUDY OF POLYELECTROLYTE MULTILAYER COMPOSITES *A.V. Shubnikov Institute of Crystallography Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia **Institute of Macromolecular Compounds Russian Academy of Sciences, St.Petersburg, Russia Мембраны на основе полиэлектролитных комплексов (ПЭК) зарекомендовали себя как перспективные материалы для первапорационного разделения водно-органических смесей жидкостей. Причина – в преимущественном, то есть ускоренном, транспорте воды через системы тонких заряженных слоев. Известны различные способы формирования полиэлектролитных мембран. К примеру, полиэлектролитный комплекс образуется в водном растворе противоионов и переносится на инертную подложку для формирования пленки. Основой ПЭК всегда является полимер. В качестве противоионов используются как низкомолекулярные вещества, так и полимеры с различной молекулярной массой [1,2] В [1] предложили формировать ПЭК – мембрану прямо на стекле (инертной подложке), создавая гелеподобную пленку полимера в ионной форме и нанося на нее из водного раствора низкомолекулярный или олигомерный противоион. В наших предшествующих работах было предложено использовать для приготовления диффузионного ПЭК-слоя два противоположно заряженных полимера, например, полиакриловая кислота/хитозан [3]. Такой прием позволил получить производительные мембраны, высокоселективные при разделении водно-органических смесей. Изучение полиэлектролитных мембран с целью установления механизма переноса через них заряженных или очень полярных частиц сводилось к педантичному отслеживанию их проводимости в различных рабочих средах [4]. Очевидно, что такие эффекты связаны с количеством (концентрацией) реализуемых взаимодействий противоионов в ПЭК. Варьируя число 184

заряженных групп в полимере, доступных для формирования противоионных пар, можно влиять на количество транспортируемых молекул. Логичным было предположить, что максимальная реализация такого взаимодействия приведет к аномально высокой селективности мембраны по воде. Были выбраны два наиболее комплиментарных противоположно заряженных полисахарида: хитозан (ХЗ) и сульфоэтилцеллюлоза (СЭЦ), для формирования планарного ПЭК. Сформированные в виде полиионных слоев путем послойного нанесения раствора одного полииона на гелеподобную пленку другого, как в виде самонесущих пленок, так и на инертной коммерческой подложке, мембраны ХЗ – СЭЦ тестировали в условиях первапорации при разделении водно-спиртовых смесей жидкостей. Результаты исследований показали, что при формировании материала из полиэлектролитов с большей и приблизительно одинаковой концентраций противоионов, вопреки ожиданиям, образуются наименее селективные мембраны, а некоторые из них не содержат диффузионного слоя (не являются первапорационными). Следовательно, контакты взаимодействующих противоионов реализуются не полностью. Полученные результаты привели к необходимости подробного изучения структуры формируемых полиэлектролитных комплексов с привлечением современных методов исследований. Методом рентгеновской дифракции, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и энергодисперсионного рентгеновского микроанализа (ЭДС) были исследованы структурные характеристики формируемых мультислойных композитов, а также их составляющих. Показано, что независимо от последовательности нанесения слоев при формировании мембранной пленки, ее структурные характеристики одинаковы. Из анализа рентгенограмм следует, что в процессе образования полиэлектролитных комплексов между положительно заряженными группами хитозана (-NH3+) и отрицательно заряженными группами сульфоэтилцеллюлозы (-SO3-) реализуется упаковка хитозановых цепей. С использованием СЭМ и ЭДСмикроанализа были получены изображения поверхностей составляющих композит-слоев, из которых видно, что после взаимодействия ХЗ и СЭЦ контактная поверхность модифицирована; оценка элементного состава поверхностей СЭЦ-ПЭК-ХЗ и ПЭК-ХЗ показала, что на границе ХЗ/СЭЦ образуется тонкий слой, содержащий азот и серу. Измерения толщин слоев на изображениях поперечных сколов композита показали, что толщина слоя ПЭК в двухслойных пленках (ПЭК-ХЗ) или (ХЗ-ПЭК) составляет от 0.5 до 1 мкм. Литература 1. Schwarz H.-H., Lukas J., Richau K. Surface and permeability properties from polyelectrolyte complexes and polyelectrolyte surfactant complexes // Journal of Membrane Science. 2003. 218, p.1-9.

185

2. Смирнова Н.Н. , Федотов Ю.А. Полиэлектролитные комплексы – материалы для разделительных мембран // Крит. технол. Мембраны. 2002. № 14, с. 60–68.

3. Кузнецов Ю.П., Кручинина Е.В., Нудьга Л.А., Петрова В.А., Бочек А.М., Шишикина Г.В., Матвеева Н.А. // Дегидратация органических растворителей мембранами на основе полиэлектролитных комплексов // ЖПХ, 2003, т.76, вып.11, с. 1857-1862.

4. Krasemann L., Tieke B. Composite membranes with ultrathin separation layer prepared by self-assembly of polyelectrolytes // Materials Science and Engineering.

1999. C 8–9. p. 513–518.

Макаров Д.А., Дмитриев М.Г. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ УГЛА ТАНГАЖА ВЕРТОЛЕТА Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт системного анализа Российской академии наук, Москва, Россия Makarov D.A., Dmitriev M.G. NUMERICAL INVESTIGATION OF HELICOPTER PITCH ANGLE AUTOMATIC STABILIZATION Institute for System Analysis of RAS, Moscow, Russia Работа по исследованию автоматической стабилизации угла тангажа вертолета проведена в два этапа: на первом – регулятор строился на основании упрощенной модели продольного движения вертолета второго порядка, на втором – на основании более полной модели четвертого порядка. Взаимосвязь этих двух подходов следует из представления исходной задачи в виде задачи построения регулятора для сингулярно возмущенной модели четвертого порядка. Известно [1], что динамику продольного движения вертолета без учета боковой динамики можно представить как Vx Vy ωz  δ X X  V y 0 X   V x   X в   V x   X  V ω      V   δ  d  V y   Y x Y y Y z  V x0 Y   V y   Y в   (1)  ω    δв  в , ωz dt  Δω z   M Vzx M Vzy Mz z Mz 0          Δ  Δ     0   0  0 1 0  где Δ обозначает приращение какой-либо величины; Vx, Vy – проекции вектора воздушной скорости полета на оси ОX, ОY связанной с центром масс системы координат OXYZ;  , ωz – угол тангажа и проекция угловой скорости вертолета V  V  на ось OZ; δв – продольное циклическое управление; X ,…, X , Y ,…, Y – частные производные проекций на оси OX, OY равнодействующей силы x

186

в

x

в

Vx

δв

вертолета, соотнесенные к массе вертолета; M z ,…, M z – частные производные проекции угловой скорости вертолета на ось OZ, соотнесенные к моменту инерции вертолета по оси OZ; Vx0 и Vy0 – значения скоростей Vx и Vy, относительно которых производилась линеаризация. В работе исследуется задача стабилизации объекта (1) с помощью гладкого управления u=u(Z), где Z=[ΔVx, ΔVy, Δ  , Δ ωz]T. Перепишем (1) в виде  X Vx dx / dt  A11 x  A12 y  B1u , A11   Vx  Y

  X ωz  V   X δв  X  y0  , A12   ωz  , B1   δв ,  Y  Vx0 Y    Y  Vy  M ωzz 0  M δв  Mz  , A22   , B2   z , 0  0  1  0 

Vy

X Vy Y

 M Vzx dy / dt  A21 x  A22 y  B2u , A21    0 x  Vx V y , y  ωz   , u   в ,



(2)



где знак ' обозначает транспонирование; ε – малый положительный параметр. В модели (2) присутствие малого параметра ε формализует наличие двух групп движений: быстро и медленно меняющихся в окрестности начальной точки – короткопериодических (y) и длиннопериодических (x), соответственно, что позволяет задачу стабилизации модели (2) приближенно разбить на две отдельные задачи стабилизации [2]. Численное значение ε определяется после соответствующей нормализации. Пусть ε=0 (на что указывает индекс s), тогда для медленной подсистемы имеем dxs / dt  A11 xs  A12 ys  B1us , A21 xs  A22 ys  B2us  0 , (3) т.е. в медленной подсистеме можно в качестве управления рассматривать и у – физическую координату, и, таким образом, появляются дополнительные возможности для регулирования xs. Для подсистемы быстрых движений y имеем dy / d  A22 y  B2u f ,   t /  .

(4) Таким образом, исходная задача свелась к выбору управления uc=us+uf, где us и uf обеспечивают асимптотическую устойчивость подсистем уменьшенной размерности (3) и (4). Для ослабления параметрической неопределенности, отражающей изменение характеристик объекта управления, в работе [3] для (4) был предложен нелинейный регулятор

u f ( y1 , y2 ) 

k (cy2  y1 ) 2

1  qen( y2 cos( ) y1 sin( )) m(  y2 sin( ) y1 cos( ))

2

,

(5)

где вектор параметров p=(n, m, c, k, q) > 0, 0 < q < 1; α = arctg(1/с). Проведены численные эксперименты регулятора (5) для систем второго и четвертого порядка на различных режимах полета, а также регулятора uc=us+uf, построенного на основе асимптотического подхода.

187

Работа выполнена при финансовой поддержке Государственного контракта №14.740.11.0401, проекта №2.10 Программы ОНИТ РАН и проекта РФФИ № 11-07-00721-а. Литература 1. Есаулов С.Ю., Бахов О.П., Дмитриев И.С. Вертолет как объект управления. – М.: «Машиностроение», 1977. – 192 с.

2. Дмитриев М.Г., Курина Г.А. Сингулярные возмущения в задачах управления. Обзор 1982-2004 гг. // Автоматика и телемеханика. – 2006. – №1. – с. 3-53.

3. Емельянов С.В., Макаров Д.А. Стабилизация угла тангажа вертолета на различных режимах полета с помощью координатно-операторной и операторной обратных связей // Искусственный интеллект и принятие решений.

– М.: ИСА РАН, 2011. – Вып. 4. – с. 68-80.

Матюхин С.И., Гришина С.Ю.* ДЕКАНАЛИРОВАНИЕ ИОНОВ В УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБКАХ НА МАЛЫХ ГЛУБИНАХ Орловский государственный технический университет, * Орловский государственный аграрный университет, Орел, Россия Matyukhin S.I., Grishina S.Yu * DECHANNELING OF IONS IN CARBON NANOTUBES AT SMALL DEPTHS Orel State Technical University, Orel, Russia *Orel State Agricultural University, Orel, Russia В настоящее время явление каналирования ионов в углеродных нанотрубках предлагается использовать при разработке новых источников монохроматического рентгеновского излучения [1], для получения и управления пучками нанометровых сечений [2-5], а также для анализа и модификации свойств и структуры нанотрубок методом ионной имплантации [3-5]. Кинетика каналирования ионов в «пустых» идеализированных нанотрубках была изучена нами в работах [3-5]. Рассмотрен также вопрос о деканалировании ускоренных частиц на атомах, внедренных во внутренние полости углеродных нанотрубок [6]. В настоящей работе представлены результаты исследования деканалирования ионов на атомах, внедренных в нанотрубки на малых глубинах. При описании деканалирования ионов на грубых деканалирующих факторах следует исходить из уравнения Чепмена-Колмогорова, записанного для полной функции распределения ионов по поперечным переменным.

188

Учитывая, что на малых глубинах процессами деканалирования ионов на мягких деканалирующих факторах можно пренебречь, в случае деканалирования ионов на атомах, внедренных в нехиральные нанотрубки, это уравнение может быть записано в виде:   (r , E ; z )    I (r , E  ; z ) , (1) z где интеграл столкновений I ( r , E  ; z ) , учитывающий возможность деканалирования в результате редких драматических событий, связанный с однократным рассеянием частиц на большой угол. Решение уравнения (1) может быть представлено в виде:  z     (2)  (r , E  ; z )   0 (r , E ) exp  W (r , E  ; z )  dz  ,    0   где  0 ( r , E  ) – начальная функция распределения частиц по поперечным  переменным, W ( r , E  ; z ) – плотность вероятности рассеяния каналированных частиц с поперечной энергией E  на «опасный» угол, которая определяется выражением:



 W (r , E  ; z ) 



 n A (r ; z )





  0 (r ,E

A

d A ( ) d d  )

(3)

 где n A ( r ; z ) – концентрация атомов сорта A, dA() – дифференциальное сечение рассеяния частиц на угол . Таким образом, на малых глубинах рассеяние на внедренных атомах приводит не только к деканалированию частиц, но и оказывает влияние на перераспределение потока ионов по сечению нанотрубок. Длина деканалирования ускоренных частиц на малых глубинах, обусловлена процессами однократного рассеяния на большой угол и *A определяется парциальными длинами деканалирования Rch ионов на атомах разного сорта: 1

1  d A ( )  *A   Rch (r , E  ; z )  dz n A (r , z ) d  .

(4) z  d    0 ( r , E )  0  Однако, в отличие от больших глубин проникновения в нанотрубки, эти длины существенно зависят как от расположения атомов в поперечной плоскости нанотрубок, так и от начального распределения ионов. Эффект каналирования ионов на малых глубинах, также как и на больших, может быть использован для идентификации и определения местоположения атомов, внедренных в нанотрубки. z







Литература 1. Artrux X., Fomin S.P., Shulga N.F. et.al.// Phys.Rep.2005.V.412.P.89-189.

2. Miskovic Z.L.//Radiat.Eff.2007.V.162.№3-4.P.185-205.

189

3. Матюхин С.И., Гришина С.Ю. // Письма в ЖТФ. 2005. Т.31. Вып.8. С.12-18.

4. Матюхин С.И., Гришина С.Ю. // Письма в ЖТФ. 2006. Т.32. Вып.1. С.27-34.

5. Матюхин С.И., Гришина С.Ю. // Ученые записки Орловского государственного университета. 2011.№3(41). С.67-73.

6. Матюхин С.И.// Письма в ЖТФ. 2008. Т.34. вып.19. С.40-45.

Морозов Е.А., Косов Е.С. ВЫСОКОТОЧНАЯ ФОКУСИРОВКА ИОННЫХ ПОТОКОВ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ Чайковский технологический институт (филиал) Ижевского государственного технического университета имени М.Т. Калашникова, Чайковский, Россия Morozov E.A., Kosov E.S. HIGH PRECISION FOCUSING OF POWERFUL ION BEAMS Chaikovsky Technological Institute, Branch of Izhevsk State Technical University of M.T. Kalashnikov, Chaikovsky, Russia Ключевые слова: автоэмиссионный ионный источник, прецизионная фокусировка, ионные потоки, ионная имплантация, электронная оптика. Аннотация: Рассмотрена возможность значительного увеличения тока жидкометаллического автоэмиссионного ионного источника и создания систем высокоточной фокусировки.

Keywords: field-emission ion source, high-precision focusing, ion beams, ion implantation, electron optics.

Summary: The capabilities of focus systems for generation high energy and power ion beams in microvolumes are analyzed. The advantage of linearly extended ion source and axial symmetric magnetic focus fields are substantiated. Технологии прецизионного воздействия электронных и ионных потоков на поверхность материала находят широкое применение в различных областях науки и техники, в частности, при нанесении защитных покрытий, модификации различных характеристик материалов, при высокоточной сварке, локальной закалке поверхностей, ионной имплантации и т.д. Локализация высоких энергий в микрообласти вещества предполагает одновременное решение двух задач: наличие систем, осуществляющих прецизионную фокусировку потока ионов и электронов большой мощности, и создание мощных электронно-ионных источников. Особый интерес для прецизионной фокусировки представляют аксиально-симметричные магнитные поля со степенной зависимостью [1]:  ρ B (ρ)  B 0   R0

190

   

α

(1)

где B0 - значение магнитной индукции поля на стационарной траектории R0 , которые обладают наилучшими фокусирующими свойствами. С учетом кулоновского отталкивания одноименно заряженных частиц в потоке и геометрических ограничений, определяемых циклотронным радиусом траектории частиц, были получены выражения для расчета параметров систем прецизионной фокусировки потоков заряженных частиц: I  4 πε 0

3

r 2 0 R0

σ I  4ε 0 2

q 2 U , m

W  4 πε 0

r 2 0 R0

3

q 2 U , m

1 R0 r0

σ W  4ε 0 2

1 R0 r0

5

q 2 U m

(2) 5

q 2 U m

(3)

где I - сила тока, W - мощность потока, σ I - плотность тока, σW - плотность мощности, U - ускоряющая разность потенциалов, R0 - радиус характерной траектории движения ионов (циклотронный радиус), r0 - минимальный радиус кругового сечения потока, m - масса частицы, q - заряд частицы. Для получения потоков заряженных частиц большой мощности было предложено использование линейно протяжных ионных источников [2,3], область инжекции которых выполнена в форме острия лезвия, что позволяет создавать ионные потоки с силой тока до 10 А, но требует создания аксиальносимметричных полей специальной конфигурации. Аксиально-симметричные магнитные поля вида (1), фокусируют заряженные частицы одновременно по ρ и z направлениям (двойная фокусировка) при условии

α

l2 l2  k2

,

l, k  1,2,... ,

где l – количество полуколебаний

совершаемых частицей по оси ρ относительно центральной траектории R0 , k количество полуколебаний по оси z . Если точечный источник заряженных частиц имеет угловую координату φ 0  0 , то фокусировка осуществляется под углом φ f  π l 2  k 2 к источнику. При α

1 5

, частицы совершают одно полуколебание по оси

фокусируясь под углом

φf  π 5.

Под углом

φf 

π 5 2

ρ

и два по оси

z

,

сечение потока стремится к

линии по оси ρ , а значит, расположение в этом месте линейно протяженного источника позволяет получить прецизионную фокусировку мощного потока. Использование аксиально-симметричных магнитных полей [4] и линейнопротяженных ионных источников [3] позволяет фокусировать потоки мощностью W  2,57  10 4 Вт в области r  5 мкм и достигать плотности мощности σW  3,27  1014 Вт м 2 в микронной области вещества. Сопоставимые плотности энергии ( σ  1011  1015 Вт м 2 ) до сих пор были получены только в случае фокусировки лазерного луча. Литература 1. К. Зигбан, К. Нордлинг. Электронная спектроскопия. Пер. с англ. М.: Мир; Год: 1973; Стр. : 493.

191

2. И.Н.Ефимов, Е.А.Морозов. О возможности увеличения тока жидкометаллического ионного источника. Интеллектуальные системы в производстве: Научно-практический журнал. – 2010. – с.127-133 3. Е.А.Морозов, И.Н.Ефимов Патент на изобретение №2389105 “Устройство создания ионных потоков”. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 10 мая 2010 г.

4. Е.А.Морозов, И.Н.Ефимов Патент на изобретение №2427056 “Фокусирующая система (варианты)”. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 20 августа 2011 г. Плаксин О.А.1, Попова Г.В.2, Гордеев С.К.2 ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТРИЦ В УСЛОВИЯХ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ОБЛУЧЕНИЯ 1 Обнинский институт атомной энергетики Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», Обнинск, Россия 2 Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия Plaksin O.A.1, Popova G.V.2, Gordeev S.K.2 OPTICAL PROPERTIES OF VARIOUS COMPOSITE MATRICES DURING IONIZING IRRADIATION 1 National Research Nuclear University “MEPhI” Obninsk Institute for Nuclear Power Engineering, Obninsk, Russia 2 Mendeleyev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia В ведущих лабораториях мира интенсивно ведутся разработки по получению и использованию бионеорганических наногибридов, сочетающих в себе полезные свойства неорганических, органических и биоорганических фрагментов [1]. В частности, представляется целесообразным использовать нанопористые матрицы на основе углеродных композитов для иммобилизации на них различных сенсорных элементов, в том числе, с оптическим откликом на ионизирующее излучение. Использование кремнийорганических покрытий, стабильных в экстремальных условиях, расширяет область применения многокомпонентных гибридных систем. Детекторные устройства на основе гибридных систем необходимы для контроля воздуха в производственных помещениях, контроля атмосферных загрязнений в мегаполисах, состояния воздуха и воды в помещениях АЭС, для предупреждения и /или обнаружения ситуаций, представляющих опасность для населения. Мониторинг химического состава газовых и жидких сред в радиационных условиях представляет собой актуальную и, в то же время, трудную задачу, поскольку возникает проблема устойчивого 192

функционирования сенсоров в радиационных полях: вблизи радиационных устройств различного назначения, космических аппаратах, на местности, подвергшейся радиоактивному загрязнению и т.д. Очевидно, что радиационные условия для перечисленных случаев существенно различаются. Например, для систем жизнеобеспечения космических аппаратов мощность дозы не превышает 10-3 Гр/с, в то время как в системе диагностики термоядерных реакторов она может достигать 103-104 Гр/с. Первоначальной задачей в этом случае является оценка устойчивого функционирования всех составляющих в процессе радиационных воздействий методами радиационной фотоники. При этом необходимо совмещать традиционный подход, при котором фиксируются изменения оптических свойств материалов после облучения, с диагностикой в процессе облучения. Это позволяет получить данные о радиационной стойкости веществ и их радиационной чувствительности, то есть, об оптическом отклике, возникающем в процессе облучения в дополнение к откликам на химические взаимодействия. Проведены измерения эффективности свечения подложек из композиционного материала наноуглерод/наноалмаз, композиционного материала наноуглерод/кремний и матриц из полидиметилсилоксана при облучении на импульсном реакторе, источниках альфа- и гамма-излучения. Установлено, что исследованные материалы обладают низкой эффективностью радиационно-индуцированного свечения, что позволяет использовать их в качестве материалов сенсоров. Эффективность радиационноиндуцированного свечения при реакторном облучении (фотонов на один гаммаквант) для подложки из композиционного материала наноуглерод/наноалмаз составила не более 210-3, для подложки из композиционного материала наноуглерод/кремний – не более 310-3. Эффективность радиационноиндуцированного свечения при облучении альфа-частицами (фотонов на одну альфа-частицу) для подложки из композиционного материала 2 наноуглерод/наноалмаз составила – не более 810 , для подложки из композиционного материала наноуглерод/кремний – не более 6102. Эффективность радиационно-индуцированного свечения при реакторном облучении (фотонов на один гамма-квант) для пленки полидиметилсилоксана составила не более 610-3, пленки на подложке из композиционного материала наноуглерод/наноалмаз – не более 210-3, пленки на подложке из композиционного материала наноуглерод/кремний – не более 310-3. Эффективность радиационно-индуцированного свечения при гамма-облучении (фотонов на один гамма-квант) для пленки полидиметилсилоксана составила не более 1.510-3, пленки на подложке из композиционного материала наноуглерод/наноалмаз – не более 610-4, пленки на подложке из композиционного материала наноуглерод/кремний – не более 110-3. Эффективность радиационно-индуцированного свечения при облучении альфачастицами (фотонов на одну альфа-частицу) для пленки полидиметилсилоксана составила не более 1.2103, пленки на подложке из композиционного материала 193

наноуглерод/наноалмаз – не более 8102, пленки на подложке из композиционного материала наноуглерод/кремний – не более 6102. Работа выполняется при финансовой поддержке Минобрнауки РФ, ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы», Госконтракт № 16.513.11.3077. Литература 1. Patril A., Mann S. Self-Assembly of Bioinorganic Nanohybrids using Organoclays building blocks // J. Mater. Chem. – 2008. – v.18. – p.4605-4615.

2. Плаксин О.А. Методы радиационной фотоники // Журнал функциональных материалов. – 2007. - т.1/3. - с.82-92.

Пономарев М.А., Лорян В.Э., Мержанов А.Г. ПОЛУЧЕНИЕ СТРУКТУРИРОВАННЫХ СЛОЁВ ПОРОШКОВЫХ СВССМЕСЕЙ Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук, Черноголовка, Московская обл., Россия Ponomarev M.A., Loryan V.E., Merzhanov A.G. STRUCTURE FORMATION IN THIN LAYERS OF POWDER SHS MIXTURES Institute of Structural Macrokinetics and Materials Science, Russian Academy of Sciences, Chernogolovka, Moscow region, Russia Метод СВС позволяет получать тугоплавкие соединения в виде длинномерных изделий с соотношением длины к диаметру - l/D >> 1. Такие изделия востребованы для выращивания тугоплавких монокристаллов, высокопористых пеноматериалов [1]. При получении длинномерных СВСизделий перспективно применение метода последовательной послойной запрессовки малых порций порошка в длинномерные формы [2], обеспечивающего высокую однородность по длине изделия. Данный способ прессования сопровождается структурным упорядочением частиц порошковых смесей в объеме тонких слоев [2] - в слое возникают диссипативные структуры в момент уплотняющего воздействия. Длинномерный прессованный образец сформирован из последовательно уплотнённых слоёв, каждый из которых обладает определённой степенью структурной упорядоченности. Происходящее структурообразование в тонком слое проявляется через немонотонность зависимости плотности тонкого слоя от его массы. Пространственные структуры, возникающие в прессовках, подобны структурам, образующимся при укладке шаров в регулярные правильные упаковки, в чём можно убедиться, проводя сравнительный анализ вида 194

получаемых зависимостей плотности [2, 3] с теоретическими зависимостями плотности () для регулярных укладок идеальных монодисперсных шаров (d) от количества монослоев (K) в бесконечном тонком слое (D/d= (Рис.1): для кубической упаковки –1 (■), ромбоэдрической – 2 (), октаэдрической – 3 (▼), тетраэдрической – 4 (▲), и при «плавном» переходе от тетраэдрической упаковки (максимумы) к октаэдрической (минимумы) – 5 (---). На Рис.2 представлена экспериментальная зависимость плотности укладки от числа частиц в ограниченном тонком слое (D/d=4 для уплотнённой системы из стальных монодисперсных шаров. Наблюдается целый ряд максимумов и минимумов плотности. Экспериментальная кривая на Рис.2 внешнее подобна теоретической зависимости (кривой 5 на Рис.1).

Рис.1. Относительная плотность регулярных укладок идеальных шаров от количества монослоев (D/d=).

Рис.2. Относительная плотность уплотнённого тонкого слоя стальных шаров от их количества (D/d=4).

При уплотнении СВС-смесей и отдельных компонентов этих смесей зависимости относительной плотности тонкого слоя от его массы Mтакже имеют немонотонный периодический вид. Это хорошо видно на примере смеси сферического порошка титана узкой фракции (10%) с бором [1]. Зависимости плотности для тонких слоёв порошка бора более гладкие, чем аналогичные зависимости для порошков титана и смеси Ti+2B (Рис. 3 и 4). Экспериментальные зависимости свидетельствуют о подобии в поведении при уплотнении порошков сферического титана и СВС-смесей сферических порошков титана с бором. Экстремумы плотности свидетельствуют о структурном самоупорядочении и образованием в объёме тонкого слоя при определённых значениях M для укладки из нескольких монослоёв частиц титана в СВС-смеси.

195

Рис.3. Относительная Рис.4. Относительная плотность плотность уплотнённого тонкого слоя уплотнённого тонкого слоя смеси Ti+2B сферического порошка титана от его от его массы (D/d14) (титан – массы (D/d 14). сферический). При прессовании исходных несферических порошков губчатого титана зависимости M не имеют экстремумов. Однако в смеси губчатого титана с бором, которая является бидисперсной (крупный титан и мелкий бор), также наблюдается немонотонный периодический вид плотности (Рис.5). В СВСсмеси мелкодисперсный компонент играет роль промежуточной среды, сухой «смазки» для частиц крупного компонента несферической формы, облегчая их упаковку в упорядоченные структуры, которые подобны в максимумах плотности тетраэдрической регулярной укладке. Образовавшаяся в прессованном тонком слое упорядоченная структура, в конечном счете, определяет макроструктуру многослойного длинномерного СВС-изделия. Рис.5. Относительная плотность уплотнённых тонких слоев СВС-смеси Ti+2B: 1 (●) – смесь губчатого титана (~100мкм) и аморфного бора от его массы (D/d40; 2 () – смесь титана (ПТК) и аморфного бора (D/d16).

196

Литература 1. Пономарев М.А., Сапронов Ю.А. Получение образцов карбида и диборида титана методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза для плазменно-дугового выращивания монокристаллов. "Огнеупоры и техническая керамика", 1999, №9, с.4-10.

2. Пономарев М.А. Структурообразование в тонких слоях порошков при уплотняющих воздействиях. Физическая мезомеханика. – 2010.- Т.13.- №2.с.103-110.

3. Гольдштик М.А. Процессы переноса в зернистом слое.- Новосибирск.: СО АН СССР, 1984, 164 с.

4. Ponomarev M.A., V.E. Loryan, A.G. Merzhanov Uniaxial Compression of Ti, B, and T–B Powders: Structurization in Case of Spherical Ti Particles // Internat.Journal of SHS. - 2012. - V.21. – N1., pp. 51–54.

Пономарев М.А. ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЕ ВЫРАЩИВАНИЕ МОНОКРИСТАЛЛОВ ТУГОПЛАВКИХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ ПРОДУКТОВ СВС Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук, Черноголовка, Московская обл., Россия Ponomarev M.A. GROWTH OF REFRACTORY SINGLE CRYSTALS BY PLASMA-ARC REMELTING FROM SHS PRODUCTS Institute of Structural Macrokinetics and Materials Science, Russian Academy of Sciences, Chernogolovka, Moscow region, Russia Метод плазменно-дугового выращивания монокристаллов [1, 2] позволил получить крупные кристаллы тугоплавких соединений (карбидов и боридов переходных металлов IV-VI групп), являющихся перспективными материалами в качестве подложек при изготовлении полупроводников на основе нитридной керамики. Рост монокристаллов при плазменно-дуговом переплаве происходил при значительном перегреве расплавленного вещества и интенсивном удалении примесей. Дополнительной очисткой материала от примесей сопровождалось получение методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) исходных для переплава заготовок [3]. Это позволило вырастить кристаллы высокого качества и, прежде всего, высокой чистоты. Достигнуто повышение устойчивости параметров плазменно-дуговой процесса выращивания монокристаллов как за счет снижения тепловых и гидродинамических возмущений расплава при применении автоматизированных систем стабилизации технологических параметров – системы модуляции мощности дуги и систем стабилизации температуры и положения расплава [2-5], так и использованием новых способов подпитки 197

расплава сырьем. Скорость образования в слитке монокристаллической структуры зависела от частоты подачи подпитывающих порций и их массы. Изменением мощности дуги по согласованной с циклами подпитки программе обеспечивались условия роста слитка при низких скоростях кристаллизации в паузах между циклами подпитки расплава. При подпитке СВС-сырьё применялось в виде тонких длинномерных стержней и крупнодисперсных гранул из продуктов СВС или из реакционноспособных СВС-смесей. В последнем случае достигнуто совмещение процесса синтеза материала с применением СВС непосредственно с ростовым процессом. На Рис.1-4 показаны кадры стадий циклов подпитки при переплаве сырья в виде продукта СВС и приготовленного из химически активных СВС-смесей.

Рис.1. Стадии подпитки расплава СВС-стержнем (TiB2).

Рис.2. Стадии подпитки расплава СВС-порошком (TiB2).

Рис.3. Стадии подпитки расплава активным стержнем (Ti+C+60%TiC).

Рис.4. Стадии подпитки расплава активным порошком Ti+C (стрелками указаны гранулы в момент соприкосновения с поверхностью расплава). Тепло СВС-процесса от активных гранул и стержней способствовало быстрому их плавлению при подпитке и снижало температурные возмущения расплава, и повышало устойчивость процесса. Скорость кристаллизации была в 1,5-2 раза ниже, чем при переплаве инертных стержней. Образование монокристаллической структуры в слитках TiC и TiB2 происходило на длине 15-20мм. Выделение энергии из активных гранул способствовало их быстрому плавлению вблизи границы расплава и обеспечивало гладкую поверхность слитка, что увеличивало гидростатическую устойчивость расплава. На Рис.5. приведена фотография монокристалла, выращенного из СВС-порошка.

198

Рис.5. Монокристалл TiB2. Литература 1. Бурханов Г.С., Шишин В.М., Кузьмищев В.А., Сергеев Н.Н., Шнырев Г.Д. Плазменное выращивание тугоплавких монокристаллов. - М:Металлургия, 1981. - 200 с.

2. M.A. Ponomarev and Yu.A. Sapronov Special Features Of Stabilization Of The Growth Process In Plasma-arc Growth Of Single Crystals Of Refractory Compounds From SHS Products // Refractories and Industrial Ceramics, Springer New York, V.40, N.5-6,1999, p.239-243.

3. Ponomarev M.A., Sapronov Yu.A. Plasma-Arc Growth of Refractory Single Crystals from SHS Products and Green Mixtures // Internat.Journal of SHS. - 2009. V.18. - N1. - P.51-59.

4. Ponomarev M.A. TiB2 and TiC Single Crystals by Plasma-Arc Remelting of SHS Products // Internat.Journal of SHS. - 2011. - V.20. – N4. pp. 252-258.

5. Пономарев М.А. Выращивание тугоплавких монокристаллов методом плазменно-дугового переплава при стабилизации температуры расплава. // Перспективные материалы. – 2011. - №5. - С. 78-85.

Столяров О.И., Богданов Г.Г., Емелин С.Е. О ПРОЕКТИРОВАНИИ МИКРОВОЛНОВЫХ ПРИБОРОВ С СИММЕТРИЧНОЙ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский Государственный Университет, Санкт-Петербург, Россия Stolyarov O.I., Bogdanov G.G., Emelin S.E. ABOUT MICROWAVE DEVICES DESIGN WITH A SYMMETRIC OSCILLATING SYSTEM Federal State Educational Institution of Higher Professional Education St.-Petersburg State University, St.-Petersburg, Russia Свойства симметрии наиболее существенны при изучении кристаллов твердого тела и периодических замедляющих систем [1]. Эти свойства отражаются на структуре электромагнитного поля колебательных и волноведущих систем электронных приборов, которую полезно учитывать при проектировании этих приборов. В данной работе речь пойдет об аппаратуре,

199

использующей фазовую манипуляцию сигнала для помехозащищенной передачи цифровой информации. Известны устройства фазовой манипуляции сигналов, которые предназначены для формирования соответствующего сигнала на промежуточной частоте с дальнейшим умножением или преобразованием частоты, либо для формирования видеосигнала для модуляции генератора СВЧ. Процессы преобразования или модуляции являются процессами нелинейного преобразования спектра, за счет которых вносятся искажения в фазовую манипуляцию. Борьба с последними достаточно сложна, поэтому более перспективна манипуляция фазы выходного сигнала передатчика. Для передачи двоичного кода применяется делитель мощности, работающий на два канала, и выходной сумматор, объединяющий сигналы этих каналов. Манипуляция реализуется аттенюаторами в каналах [2], а сдвиг по фазе вводится фазосдвигающими элементами [3]. Делителем может быть магнетрон с двумя выводами, синхронизируемый входным сигналом [4]. Необходимость в фазосдвигающих элементах отпадает, если с выводов магнетрона поступают сигналы, сдвинутые по фазе на величину, кратную . Конструкция подобного фазового манипулятора приведена авторами настоящей статьи в описании патента [5] без подробного изложения принципа конструирования. Ниже поясняются возможности проектирования подобных приборов, включая приборы с многоуровневой фазовой манипуляцией. Если колебательная система электронного прибора имеет элемент симметрии типа плоскости зеркальной симметрии или поворотной оси, то компонент собственного электрического или магнитного поля в симметричных точках имеют вполне определенный фазовый сдвиг [1], точность которого определяется точностью изготовления и достаточно велика. Примером может служить проект колебательной системы для магнетрона, изображенной на рис. 1 а. В отличие от стандартно применяемых кольцевых связок, показанных на рис. 1 б, эта система имеет полностью симметричные связки и горизонтальную (по рисунку) плоскость симметрии, обеспечивающую на выходах разность фаз, кратную  для рабочего  - вида колебаний. Если в колебательной системе, показанной на рис. 1а, имеются не нарушающие симметрии выводы от каждого резонатора, то получается система, обладающая поворотной осью симметрии. На рис. 2. представлен пример для 8 резонаторов. В такой системе возможны виды колебаний со 200

сдвигом фазы на ячейку , 3/4, /2, /4 [6]. Три последние вида двукратно вырождены в связи с возможностью распространения волны вдоль азимута в положительном или отрицательном направлении. Применение изображенных на рис. 1а и рис. 2 двойных связок способствует не только получению симметричной конструкции, но и значительному разносу собственных частот различных видов колебаний, что отмечено в [6]. Такой разнос не гарантирует стабильного возбуждения отмеченных видов колебаний, если резонатор использовать в конструкции магнетрона, где для стабильного возбуждения большее значение имеет разнос по замедлению волн в азимутальном направлении. Последнее требует отдельного изучения. Если же возбуждать резонатор от внешнего источника колебаний интерференционным методом, который устраняет влияние упомянутого выше вырождения, то разнос по частоте оказывается полезным. Изложенные принципы проектирования могут быть применены не только для вакуумных, но и для твердотельных приборов, использующих фазовую манипуляцию сигналов. Литература 1. Силин Р.А., Сазонов В.П. Замедляющие системы.– Сов. радио, 1966. – 632 с.

2. Патент США N 3916353, кл. H 01P 1/18, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР N 1322411, кл. H 03C 7/02, 1987.

4. Авторское свидетельство СССР N 1283943, кл. H 01P 1/18, 1987.

5. Патент РФ № 2032255, кл. H01P1/185, 1995.

6. Харвей А.В. Техника сверхвысоких частот. Перевод с англ. / Под ред. В.И.Сушкевича, т.1. – Сов. радио, 1965. – 783 с.

Трегулов В.В. СТАБИЛИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина, Рязань, Россия Tregulov V.V. STABILIZATION OF THE ELECTROPHYSICAL CHARACTERISTICS OF SEMICONDUCTOR STRUCTURES BASED ON POROUS SILICON Ryazan state university named S.A. Yesenin, Ryazan, Russia Нестабильность электрофизических и люминесцентных характеристик пористого кремния (ПК) является основным препятствием для его применения при изготовлении полупроводниковых приборов. Один из способов стабилизации характеристик ПК заключается во введении в состав электролита окислителей, например, FeCl3 [1].

201

В данной работе исследовалось влияние примеси KMnO4 в электролите на стабильность высокочастотных вольт-фарадных характеристик (ВЧ ВФХ) полупроводниковой структуры «металл/ПК/Si(p)». Пленка ПК формировалась методом анодного электрохимического травления на поверхности монокристаллической кремниевой пластины p-типа проводимости с удельным сопротивлением 1 Ом∙см. Использовался электролит следующего состава: HF(48%)+C2H5OH+водный раствор KMnO4 (0,04М) (содержание компонентов 0,5:0,5:1,0). Рост пленки ПК производился в течение 10 минут при плотности тока 12,5 мА/см2. Металлический контакт к пленке ПК изготавливался из индия методом пайки с последующей искровой формировкой. Было изготовлено два образца. Образец №1 был изготовлен при освещении поверхности кремниевой пластины в ходе электрохимического травления, №2 – без освещения. Оба образца обладали фотолюминесценцией (ФЛ) в видимой области спектра. Интегральная интенсивность ФЛ не изменилась после хранения образцов при нормальных условиях в течение одного месяца. Измерения ВЧ ВФХ производились с помощью цифрового измерителя иммитанса Е7-20 на частоте 1 МГц, при температуре 300К (рис.1). Характеристики, представленные на рис. 1 измерялись на следующий день после изготовления полупроводниковой структуры и через один месяц.

а) б) Рис. 1. ВЧ ВФХ образцов №1 (а) и №2 (б) (○ – на следующий день после изготовления, □ – через месяц после изготовления). Максимум, наблюдаемый на ВЧ ВФХ обоих образцов, может быть объяснен процессами перезарядки энергетических уровней быстрых поверхностных состояний на границе раздела между кремниевыми кристаллитами и SiOx, находящегося в порах. Следует отметить, что для образца №1 ВЧ ВФХ (рис.1а) в течение месяца изменяется более заметно, чем для образца №2 (рис. 1б).

202

Представленные экспериментальные результаты можно объяснить следующим образом. Перманганат ион MnO4‾ в кислотной среде является сильным окислителем. Поэтому добавление KMnO4 в электролит при электрохимическом способе формирования ПК приводит к ускорению окисления кремния. В результате кремниевые кристаллиты становятся более мелкими даже при отсутствии освещения поверхности кремниевой пластины в процессе роста ПК. Это объясняет наличие ФЛ в видимой области спектра. Стабилизация ВЧ ВФХ может быть объяснена эффектом пассивации поверхности кремниевых кристаллитов за счет замены связей Si–H на более стабильные связи Si–Mn и Si–O–Mn. Более существенное изменение ВЧ ВФХ для образца №1 в течение месяца, по сравнению с образцом №2, можно объяснить снижением активности химических окислительных процессов при освещении. Под действием света KMnO4 в водном растворе превращается в диоксид марганца и его окислительная способность снижается. Таким образом, добавление KMnO4 в электролит при электрохимическом окислении кремния без освещения, способствует стабилизации электрофизических характеристик полупроводниковой структуры «металл/ПК/Si(p)». Литература 1. Оптические свойства нанопористого кремния, пассивированного железом // Физика и техника полупроводников / О.Ю. Шевченко, Д.Н. Горячев, Л.В Беляков, О.М. Сресели. – 2010. – Т. 44, № 5. – С. 669-673.

Чухломин И.Е., Волович Г.И. РАЗРАБОТКА КАЛИБРАТОРА ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА С ЦИФРОВОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия Chukhlomin I.E., Volovich G.I. DEVELOPMENT OF THE CALIBRATOR FOR ALTERNATING VOLTAGE AND CURRENT WITH DIGITAL FEEDBACK South Ural State University, Chelyabinsk, Russia Вступивший в силу Федеральный закон от 26.06.2008 № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» требует всемерного повышения параметров и характеристик рабочих эталонов [1]. В то же время, рабочие эталоны, используемые в метрологических службах для поверки средств измерений, устарели и в значительной мере выработали свой ресурс. В связи с этим, необходимо разработать компактное, недорогое поверочное оборудование, в частности, калибратор переменного напряжения и тока повышенной точности, который обеспечивал бы поверку вольтметров и амперметров класса точности 0,1 и ниже.

203

Большинство калибраторов переменного напряжения и тока импортного и отечественного производства состоят из цифровой и непрерывной (аналоговой) части. В цифровую часть схемы входят: система прямого цифрового синтеза (СПЦС), позволяющая получить синусоидальный сигнал за счет генерации временной последовательности цифровых отсчетов и их дальнейшего преобразования в аналоговую форму посредством цифро-аналогового преобразователя (ЦАП); ЦАП с разрядностью порядка N=14–16, минимальной интегральной и дифференциальной нелинейностью, малым уровнем шумов, что позволяет генерировать высокоточный синусоидальный сигнал; прецизионный источник опорного напряжения (ИОН). В непрерывную часть регулирования входят: антиимиджевый аналоговый фильтр нижних частот (ФНЧ); высокоточный составной усилитель мощности (УМ) с малыми нелинейными искажениями; трансформатор напряжения и тока с малыми амплитудными и угловыми погрешностями; отрицательная обратная связь (ООС); дополнительная ООС, компенсирующая нелинейность характеристик трансформатора, которая электрически развязана с высоковольтной частью трансформатора; делитель напряжения и тока, в качестве которого используется набор прецизионных резисторов [2]. Проектирование таких калибраторов с местными ООС очень дорого и трудоемко, поскольку требует грамотного расчета и высокоточных компонентов в непрерывной части регулирования. В данной работе рассматривается возможность создания калибратора переменного напряжения с использованием системы управления с цифровой обратной связью по напряжению (посредством использования АЦП) для повышения его точности, а также дополнительной компенсирующей связью по задающему воздействию, в результате чего схема калибратора представляет собой цифровую комбинированную систему регулирования. Данный метод позволяет создать калибратор переменного напряжения с высокой точностью формирования выходного переменного напряжения, а также обеспечивающий лучшую форму выходной синусоиды [3]. Структурная схема калибратора переменного напряжения повышенной точности с использованием цифровой комбинированной системы регулирования показана на Рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема калибратора с цифровой комбинированной системой регулирования 204

Задающее значение напряжения UZ(t) представляет собой последовательность чисел генерируемых СПЦС. Корректирующее устройство КУ необходимо для того, чтобы обеспечить необходимые показатели качества замкнутой системы регулирования. Компенсирующая связь по задающему значению напряжения КС позволяет значительно улучшить показатели качества замкнутой системы регулирования, в данном случае, минимизировать ошибку регулирования – e(t).

Z-изображение ошибки в замкнутой системе регулирования e(z) равно: e( z ) 

[1  W ( z )W KC ( z )]  U Z ( z ) , 1  W ( z )  W KU ( z )

(1)

где W(z) – передаточная функция непрерывной части регулирования, UZ(z) – задающее значение напряжения, WKC(z) – передаточная функция компенсирующей связи, WKU(z) – передаточная функция корректирующего устройства. Из выражения (1), следует условие абсолютной инвариантности при e(z)=0: WKC ( z ) 

1 , W ( z)

(2)

Использование комбинированного управления позволяет снизить требования к основному каналу и получить лучшие качественные показатели системы управления, достигаемые за счет частичной инвариантности [4, 5]. Стоит также отметить, что с помощью цифровой обратной связи можно осуществлять параметрическую идентификацию динамических характеристик непрерывной части регулирования, т.е. подбирать оптимальные коэффициенты в компенсирующей связи по задающему значению напряжения. При использовании прецизионных компонентов в цифровой комбинированной системе регулирования, а также высокоточного ИОН, работающего на эффекте Джозефсона, можно добиться, что данная разработка будет использоваться, как первичный государственный эталон. Литература 1. Об обеспечении единства измерений. Федеральный закон от 26.06.2008 № 102-ФЗ (с изм. от 30 ноября 2011 года).

2. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. 2-е изд., испр. – М.: Додэка-XXI, 2007. – 528 с.

3. Чухломин И.Е., Волович Г.И. Разработка и исследование калибратора переменного напряжения и тока повышенной точности / Сб. статей Одиннадцатой международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности», 27 – 29 апреля 2011 г. / Политехнический университет. Санкт-Петербург. 2011. Том 1. С. 135-136.

205

4. Федоров С.М. Автоматические системы с цифровыми вычислительными машинами. – М.: Энергия, 1965. – 308 с.

5. Федоров С.М. Комбинированное управление в следящих системах с цифровыми вычислительными машинами // Теория инвариантности в системах автоматического управления. – М.: Наука, 1964. – С. 348–355.

Фомин В.М., Волков В.Ф., Чиркашенко В.Ф. ЗВУКОВОЙ УДАР И АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОМПОНОВКИ С ТАНДЕМНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ДВУХ КРЫЛЬЕВ НА ФЮЗЕЛЯЖЕ Учреждение Российской академии наук Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН Новосибирск, Россия Chirkashenko V.F. SONIC BOOM AND AERODYNAMIC EFFECTIVENESS OF THE DISPOSAL WITH TANDEM LOCATION OF WINGS ON A FUSELAGE Khristianovich’s Institute of Theoretical and Applied Mechanics SB RAS Novosibirsk, Russia Основной проблемой создания сверхзвукового пассажирского самолета второго поколения (СПС-2), по единому мнению специалистов, ведущих широкие исследования как в России, так и за рубежом, является преодоление экологического ограничения на уровень звукового удара (ЗУ) на поверхности земли. Противоречивость требований к параметрам компоновки СПС для обеспечения минимального уровня ЗУ и максимального аэродинамического качества (при заданном взлетном весе и длине) существенно затрудняет обеспечение аэродинамической и, соответственно, экономической эффективности самолета (стоимость пассажирокилометра), определяющей его рыночную конкурентоспособность. Возникающие трудности преодоления ограничения на уровень ЗУ с помощью традиционных методов и перспектива ужесточения ограничения до 15Па стимулируют исследования по разработке новых, не традиционных методов и подходов. Следуя принципу Джонса о снижении интенсивности ЗУ сосредоточением возмущенного давления в носовой части тела, проведены численные исследования параметров ЗУ и аэродинамических характеристик нетрадиционной схематизированной компоновки СПС с тандемным расположением двух крыльев на фюзеляже [1]. На первом этапе решалась задача сверхзвукового обтекания исследуемой компоновки. Газодинамические параметры на поверхности и в окрестности тела определялись при помощи численной схемы, основанной на 206

аппроксимации уравнений Эйлера в интегральной форме [2]. Результаты решения этой задачи позволяли определять аэродинамические характеристики компоновки и использовались в качестве начальных данных для решения основной задачи. На втором этапе определялись параметры исходного профиля избыточного давления на фиксированном расстоянии от исследуемой модели, которые пересчитываются на большие удаления по квазилинейной теории [3]. Для формирования компоновки использовался метод построения модели из базовых объектов высокого уровня (корпус, крыло и др.). Это дает возможность оперативно изменять геометрию исследуемой конфигурации и выполнять большой объем параметрических расчетов с целью выявления физических закономерностей в поставленной задаче. Описание контура поперечных сечений геометрической модели корпуса производилось с помощью гиперэллиптических функций, а геометрической моделью крыла является крыло СПС ТУ-144 с плоской срединной поверхностью. Положение обоих крыльев, геометрически подобных крылу исходной компоновки и с равной ему суммарной площадью, определялось заданием продольных координат xi  xi / L Г начала их бортовых хорд относительно носка корпуса, где L Г длина носовой части фюзеляжа. Расчеты проводились при горизонтальном полете самолета весом 40т при числе Маха М=2, угле атаки 50 на высоте 18000 м. стандартной атмосферы, соответствующей 400 калибрам K  H / L  400 , где L – длина фюзеляжа. Показано, что перераспределение возмущенного давления в виде части подъемной силы в носовую часть самолета позволяет существенно (до 60%) уменьшить интенсивность головной УВ относительно исходной компоновки (моноплан) с площадью крыла, равной суммарной площади переднего и заднего крыла тандемной компоновки. В зависимости от соотношения площадей переднего и заднего крыла и их взаимного расположения на корпусе, снижение интенсивности ЗУ реализуется как за счет «эффекта средней зоны», так и при форме профиля давления близкой к N-образной. Существование при этом вариантов схем, обеспечивающих увеличение аэродинамического качества, подтверждает перспективность компоновки выполненной по тандемной схеме. Литература 1. Фомин В.М., Волков В.Ф., Чиркашенко В.Ф. Численное исследование влияния аэродинамической компоновки сверхзвукового пассажирского самолета на параметры создаваемого им звукового удара // ЖВТ, 2006, т. 11, часть 2, с. 64-74.

2. Волков В.Ф. Численное исследование пространственных течений в окрестности сложных конфигураций // Выч. методы и программирование.

2004. Т.5. С. 62-73.

3. Whitham G.B. The flow pattern of a supersonic projectile // Comm. Pure Appl. Math. 1952. Vol. 5, № 3, pp. 301-338.

207

Хаханина Т.И., Змеев С.В., Хаханин С.Ю., Саморукова Е.Л. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДВОЙНОГО НАЗНАЧЕНИЯ Национальный исследовательский университет «МИЭТ», Москва, Россия Khakhanina T.I., Zmeev S.V., Khakhanin S.Yu., Samorukova E.L. PROSPECTS OF HIGH-TECH INDUSTRIAL DUAL-USE EQUIPMENT National Research University of Electronic Technology «MIET», Moscow, Russia Актуальность темы исследования определена Президентом РФ Медведевым Д.А. как стратегия национальной безопасности Российской Федерации, в которой указывается, что состояние национальной безопасности в сфере экологии усугубляется сохранением значительного количества опасных производств, деятельность которых ведет к нарушению экологического баланса, включая нарушение санитарно-эпидемиологических и (или) санитарно-гигиенических стандартов. Однако до настоящего времени вне нормативного правового регулирования и надзора остаются отходы предприятий микро- и наноэлектроники и других предприятий оборонно-промышленного комплекса. В микро- и наноэлектронике и других отраслях промышленности новые требования к технологическим процессам обусловили, в свою очередь, необходимость и актуальность изучения различных физических, химических, физико-химических явлений и механизмов их протекания. Разработанные в наших работах безотходные технологии очистки поверхности полупроводниковых структур – это качественно новые экологически безопасные ресурсосберегающие технологии микро- и наноэлектроники, в которых повышенные требования к анализу, обусловлены малыми количествами определяемых загрязняющих примесей (на уровне 1-10 ррb). Безотходные технологии придали ускоренное развитие специализированной аппаратуре, новой методологии и, в связи с этим, к выделению отдельной области – контроля параметров рекуперации высокочистых технологических сред на содержание неорганических и органических загрязнений и компонентного состава. В наших работах показано, что при аналитическом контроле реагентов рекуперации необходимо решить следующие задачи: - провести идентификацию примесного и компонентного состава реагентов; - провести экспресс-контроль количественного содержания примесей и компонентного состава; - установить неоднородность распределения компонентного состава по объему раствора реагента (от поверхностных слоев полупроводниковой подложки и по глубине раствора); - установить характер химических связей реагента раствора и примесей, 208

десорбированных с поверхностных слоев полупроводниковых подложек. В работе приведена разработанная авторским коллективом структурная схема системы мониторинга параметров рекуперации безотходных технологий, включающей контроль неорганических, органических загрязнений, компонентного состава реагентов, процессов электрохимического синтеза. Впервые показано использование электроаналитических методов в качестве методов контроля рекуперации, в литературных источниках не найдено информации по аналогичным исследованиям. Разработанные и аттестованные методы и средства контроля неорганических и органических загрязнений в реагентах рекуперации безотходных технологий позволяют: - осуществлять оперативный экспрессный высокочувствительный контроль неорганических и органических загрязнений в растворах; гарантировать минимальные загрязнения поверхности полупроводниковых подложек реагентами рекуперации; - гарантировать повышенные значения коэффициентов безотходности. Разработанные и аттестованные методы контроля компонентного состава реагентов рекуперации позволяют осуществлять оперативный экспресс-контроль и гарантировать контроль компонентного состава на протяжении всего процесса обработки поверхности полупроводниковых подложек при повышенных значениях коэффициентов безотходности. Результаты проведенных экспериментов и промышленных испытаний, сравнительные показатели качества очищаемой поверхности кремниевых пластин свидетельствуют о том, что разработанная технология является высокоэффективной и позволяет: - сократить на 90-95% потребление серной кислоты; -значительно снизить (в 10-100 раз) промстоки и затраты на транспортные расходы и дополнительные реактивы; - повысить срок службы оборудования и экологическую безопасность производства; Кроме того, доказана практическая осуществимость процессов полного удаления фоторезистивных пленок с поверхности кремниевых пластин растворами состава (акт H2SO4 + Сокисл). Результаты электрофизических измерений величины порогового напряжения МОП-транзисторов, функционального контроля и зарядовых состояний вольтамперных характеристик по подвижному и эффективному заряду свидетельствуют о целесообразности замены стандартной материало- и энергоемкой технологии обработки поверхности полупроводниковых структур в смеси «КАРО» на предложенную авторским коллективом обработку поверхности в реагентах рекуперации - в электрохимически синтезированных 15-18 М растворах H2SO4.

209

Хаханина Т.И., Москаленко А.Ф., Петухов И.Н., Никитина Н.Г. МЕТОДОЛОГИЯ КОНТРОЛЯ ЧИСТОТЫ CИНТЕТИЧЕСКОГО КОРУНДА Национальный исследовательский университет «МИЭТ», Москва, Россия Khakhanina T.I., Moskalenko A.Ph., Petukhov I.N., Nikitina N.G. PURITY CONTROL METHODOLOGY SYNTHETIC CORUNDUM National Research University of Electronic Technology «MIET», Moscow, Russia Проведен контроль чистоты синтетического корунда на содержание цинка, кадмия, свинца и меди как в смывах с поверхности пластин, так и в материале подложки. Эти элементы были выбраны из-за их распространенности и сильного влияния на качество конечной продукции. Установлено, что загрязняющие примеси подвергаются сложным процессам трансформации, затрудняющим получение объективной информации об их содержании. Поэтому особое внимание было уделено пробоподготовке образцов. Эта стадия играет очень важную роль. В ее задачу входит переведение образца в пригодную для анализа форму, причем так, чтобы избежать каких либо потерь веществ. Оксид алюминия, чем собственно и является синтетический сапфир, амфотерный оксид. Следовательно, можно предположить наличие реакционной способности как с кислотами, так и со щелочами. Однако здесь мы имеем дело с α-модификацией, которая чрезвычайно устойчива к химическим воздействиям. Использован метод переведения оксида алюминия в растворимые соли (например, алюминаты) через спекание со щелочными плавнями. Рассмотрены различные составы плавней, подобраны оптимальная температура и время сплавления оксида. Затем полученные после спекания соли переводились в хорошо растворимые хлориды. Подобраны оптимальные параметры вольтамперометрического анализа: потенциал и время накопления, скорость развертки. Анализируемая система (сапфир) представляет собой смесь солей: алюминия, цинка, кадмия, свинца и меди. Зависимость величины анодного тока от потенциала электролиза цинка, кадмия, свинца, меди в присутствии солей алюминия представлена на рис.1.

210

Рис.1. Зависимость величины анодного тока от потенциала электролиза цинка, кадмия, свинца, меди в присутствии солей алюминия (Еэ= – 1,6, τэ=60 с). Заметное влияние на аналитический сигнал меди может оказать цинк, если его концентрация превышает концентрацию меди в 10 и более раз. Поскольку их совместное осаждение может приводить к образованию интерметаллических соединений. Все анализируемые металлы образуют слабые основания, но при разных значениях рН. Поэтому, необходимо так подобрать рН, чтобы было возможно их одновременное определение. На рисунке 2 приведена зависимость величины анодного тока от рН раствора.

Рис.2. Зависимость величины анодного тока от рН анализируемого раствора: 1 – цинк; 2 – кадмий, 3 – свинец, 4 – медь. (Еэ= – 1,2, τэ= 60 с, на фоне муравьиной кислоты).

211

Потенциал электролиза должен быть таким, чтобы выделение определенного металла-примеси происходило максимально полно (потенциал предельного тока) и без мешающего влияния других ионов. В настоящее время: - планируется проведение экспериментов на разработанных стандартных образцах методом «введено – найдено», - уточняются статистические данные для аттестации методики, -уточняются основные полученные метрологические характеристики: среднеквадратичное отклонение, относительная погрешность измерений. В настоящее время проводится подготовительная работа по подготовке разработанных методик к прохождению государственной аттестации в ФГУП "ВНИИМ им. Д И Менделеева".

Хаханина Т.И., Москаленко А.Ф., Петухов И.Н., Никитина Н.Г. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ЧИСТОТЫ CИНТЕТИЧЕСКОГО КОРУНДА Национальный исследовательский университет «МИЭТ», Москва, Россия Khakhanina T.I., Moskalenko A.Ph., Petukhov I.N., Nikitina N.G. STATE AND PROSPECTS OF PURITY CONTROL METHODS SYNTHETIC CORUNDUM National Research University of Electronic Technology «MIET», Moscow, Russia Высокочистые вещества являются приоритетными объектами исследований в различных отраслях промышленности. На их базе развиваются основополагающие отрасли новой техники: атомная, радио- и электронная промышленность, волоконная оптика и др. С каждым годом повышаются требования к чистоте веществ; содержание отдельных микропримесей уже на уровне 10-7÷10-6 % мас. ограничивает применение некоторых материалов в современной технике. Данные аналитического контроля являются основными показателями чистоты веществ, а возможностями анализа нередко ограничиваются возможности дальнейшей очистки. Классификация существующих методов и критерии выбора аналитического оборудования как средства высокочувствительного оперативного контроля чистоты материалов микроэлектроники указывают на преимущества электроаналитического оборудования как наиболее приемлемого средства контроля, что связано с его высокой разрешающей способностью, возможностью одновременного определения большого количества примесей и широким диапазоном определяемых концентраций. Наличие не только наиболее распространенных загрязнений, таких как цинк, кадмий, свинец и медь, но и железа, мышьяка и других загрязнений в синтетическом корунде, высокочистых средах, воде и т.д. существенно влияет на электрофизические, 212

оптические и другие параметры материалов, веществ и приборов в микро- и оптоэлектронике. Специфика аналитического определения примесного содержания синтетического корунда, технологических сред связана с многокомпонентностью объекта анализа, относительно низким содержанием искомых примесей и многовариантностью целей оценки. Требуемая высокая чувствительность методов контроля диктуется двумя факторами: отсутствием современных отечественных стандартов на синтетический корунд и изделия из него, необходимостью приближения к международным стандартам чистоты в технологических средах микро- и наноэлектроники (10-6 % против 10-3 %, регламентируемых в РФ). Объект исследования: синтетический корунд и изделия из него; высокочистые технологические среды: вода, минеральные кислоты. Предмет исследования: метод инверсионной вольтамперометрии (ИВ) применительно к анализу примесей на уровне до 0,1 ppm. Метрологическое обеспечение анализа синтетического корунда и изделий из него. В работе рассмотрены основные проблемы анализа высокочистых технологических сред и синтетического корунда. Подчеркнуты достоинства и недостатки современных применяемых методов анализа. Сравнение их между собой показало, что наиболее эффективными являются разработки в области электрохимических методов, а непосредственно для определения металловпримесей – инверсионная вольтамперометрия (ИВ). Основные факторы, которые необходимо учитывать для выбора метода высокочувствительного аналитического определения примесей: границы интервала содержания элемента, чувствительность, избирательность, точность анализа, экспрессность и стоимость. Метод ИВ является оптимальный методом по всем приведенным показателям. Нерешенными проблемами остаются: разработка методик анализа синтетического корунда для обеспечения необходимой точности измерений и разработка новых экспрессных методов предварительного концентрирования. В работе подробно рассматриваются теоретические основы метода инверсионной вольтамперометрии и рентгено-флуоресцентного метода. Проведен анализ литературных данных пробоподготовки высокочистых веществ. Выполнен ряд экспериментов для определения условий пробоподготовки синтетического корунда. При этом учитывались такие параметры как: полнота перевода в растворимое состояние, т.е. отсутствие потерь определяемых металлов при растворении, максимальная простота и быстрота растворения. Также необходимо было исключить попадание примесей из реактивов и материалов, использованных при пробоподготовке. На основании проведенных экспериментов выбран оптимальный по временному и температурному режиму вариант пробоподготовки методом сплавления оксида алюминия: материал тигля - платина, соотношение плавня к веществу 8:1, температурный режим 850ºС, время сплавления 15 мин, условия растворения сплава – раствор соляной кислоты с последующим упариванием.

213

Проведен литературный анализ последних достижений науки и техники в данной области, посвященных критериям выбора оборудования и метода контроля. Выявлены основные недостатки существующего аналитического оборудования по определению примесного состава синтетического сапфира, связанные с ограничениями хроматографических и масс-спектрометрических методов исследования, многостадийностью подготовки проб и чрезвычайно широким спектром возможного компонентного состава. Технология получения пластин сапфира многостадийна. На каждой из стадий возможно внесение дополнительных примесей.

Чубенко А.К., Дорофеева Т.И.*, Мамаев А.И. ПРИКЛАДНЫЕ АНАЛИТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ МИКРОПЛАЗМЕННЫХ СИСТЕМ Томский государственный университет, Томск, Россия *Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск, Россия Chubenko A.K., Dorofeeva T.I.*, Mamaev A.I. APPLIED ANALYTICAL POSSIBILITIES OF MICROPLASMA SYSTEMS Tomsk state university, Tomsk, Russia *Institute of Strength Physics and Materials Sciences of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, Tomsk, Russia Микроплазменный метод широко используется для обработки металлов с целью придания им определенных физико-механических свойств, таких как износостойкость, коррозионностойкость, термостойкость, декоративный вид и т.д. [1,2]. В связи с теоретическим изучением поведения материала в микроплазменных системах, пришли к заключению, что формирование защитно-декоративных покрытий – это лишь одно из направлений применения микроплазменного метода [2]. При совмещении микроплазменного импульсного воздействия на металл, помещенный в раствор электролита, и регистрации электрических параметров этой системы открываются новые возможности применяемого метода для аналитической диагностики алюминиевых, магниевых, титановых и циркониевых сплавов. Такое воздействие приводит к возникновению новых и малоизученных в настоящее время химических реакций, физико-химических эффектов и процессов, оказывающих свое влияние на электрические параметры системы, регистрируемые в период высоковольтного импульсного воздействия на границу раздела двух сред. Для осуществления высокоэнергетического воздействия на границу раздела двух сред и измерения значения токов, задающего и поляризующего 214

напряжений с целью построения циклических вольтамперных кривых, а также для расчетов величины сопротивления перехода процесса при высоковольтном воздействии на материал, был сконструирован экспериментальный измерительный комплекс [3]. Этот комплекс состоял из следующих основных узлов: высоковольтного источника питания, трехэлектродной электрохимической ячейки, цифрового осциллографа, с помощью которого осуществлялась регистрация значений тока и напряжения на ячейке с последующей передачей этой информации в компьютер (рис. 1).

Рис. 1. Схема измерительной системы: 1-керамический стакан; 2вспомогательный электрод; 3- электрод сравнения; 4- рабочий электрод Результаты измерений, полученные на измерительном комплексе со скоростью развертки потенциала 106 В/с при наложении трапециевидной формы задающего импульса, преобразуются в циклические вольтамперные кривые. На рисунке 2 представлены циклические вольтамперные зависимости, полученные на сплавах различных металлах при высоковольтном импульсном воздействии в равных условиях в одном и том же растворе электролита. Вид вольтамперных кривых на разных сплавах существенно отличается друг от друга, что заложено в основу для формирования информационных баз данных с последующим поиском и сравнением массива данных для анализа соответствующего материала.

15

I, A 4

10

1 3

5 0

2

U, B 0

50

100

150

Рис.2. Вольтамперные зависимости, полученные при различных сплавов: 1 – 7071; 2 – 2021; 3 – AM60B, 4 - AZ91D. 215

обработке

Представляемый электрохимический метод анализа соответствует требованиям, которые обычно выдвигаются к физико-химическим методам исследования, обладает высоким разрешением и чувствительностью, достаточной экспериментальной простотой, доступностью с точки зрения стоимости исследования, экспрессностью, отсутствием необходимости в использовании дорогостоящих реактивов и расходных материалов, высокой производительностью. Метод может быть использован непосредственно на предприятиях, занимающихся микроплазменной обработкой изделий из алюминия, магния, титана, циркония и их сплавов для внутрипроизводственного контроля качества. Литература 1. Мамаев А.И., Мамаева В.А. Сильнотоковые процессы в растворах электролитов. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005.– 254 с.

2. Формирования наноструктурных неметаллических неорганических покрытий путем локализации высокоэнергетических потоков на границе раздела фаз: Учеб. пособие. / Мамаев А.И., Мамаева В.А., Дорофеева Т.И., Бориков В.Н. – Томск: Изд-во ТомГУ, 2010. – 360 с.

216

ГЛАВА 3. БИОЛОГИЯ И БИОТЕХНОЛОГИИ, МЕДИЦИНА, ГЕНЕТИКА, ЭКОЛОГИЯ BIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY, MEDICINE, GENETICS, ECOLOGY

Абдуллаев Г.О., Имагазева А.Д., Каримов К.М., Магомедов М.А., Хабибулаева А.М. ОБСУЖДЕНИЕ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИИ ДЛЯ МНОГОДИПОЛЬНОЙ МОДЕЛИ СЕРДЦА Дагестанский Государственный Университет, Махачкала, Россия Abdullaev G.O. THE DECISION OF INVERSE PROBLEM ELECTROCARDIOGRAPHIC FOR MANY DIPOLS HEART MODELS Dagestan State University, Makhachkala, Russia В работе обсуждается решение обратной задачи для модели сердца, в которой источники электрического поля представлены в виде диполей. Решение прямой задачи для многодипольной модели сердца тем более близко к реально регистрируемому распределению потенциалов, чем большее число диполей включают в модель. Однако обратная задача становится сильно некорректной для моделей включающих более 9 свободных диполей. Для устранения некорректности на диполи налагают определенные ограничения. Чем более жесткие ограничения налагаются на эквивалентные источники в виде диполей, тем большее их число можно включить в модель. Фиксирование положения начало диполя и его направления позволяет увеличить число диполей до 15. Эти источники можно поместить в областях сердца наиболее значимых для диагностики его электрического состояния. Получая распределение потенциалов через принцип взаимности, можно решить переопределенную линейную систему уравнений относительно дипольных моментов и таким образом, получить информацию об электрическом состоянии данных областей. Литература 1. Титомир Л.И. Электрический генератор сердца М. 1980.

2. Lynn M.S., Barnard A.C.L., Holt J.H., Sheffield L.T. Biophysics. 1967. № 7. p. 925 – 945

217

Артемьевa Е.Н. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ МОДЕЛИ БЫСТРОГО ПРОГРАММНОГО ДВИЖЕНИЯ Учреждение Российской академии наук Институт машиноведения им. А.А. Благонравова, Отдел биомеханики, Москва, Россия Artemieva E.N. IDENTIFICATION OF EXPERIMENTAL MODEL FOR FAST PROGRAM MOVEMENT Research Institution of Russian Academy of Sciences Institute for Machines Sciences of RAS, Dep. of Biomechanics, Moscow, Russia При экспертных оценках и в ряде экспериментальных ситуаций возникает потребность выбора двигательной модели. Трудность выбора часто связана с недостаточностью сведений о том, к какому типу движений (быстрых, медленных, точностных, следящих, программных и т. д) относится используемый тест, что связано с адекватностью трактовки получаемых результатов. Особую проблему представляет определение центральных двигательных программ, в построении которых афферентация играет ограниченную роль (Craik,1947; Stark,1968 и многие др.). Вероятно, к этой категории можно отнести тест на произвольную градацию мышечного усилия, использованный рядом авторов. Однако его идентификация требует установления алгоритма центральной программы и доказательства независимости от текущего афферентного контроля. Методика исследования. Тест на градацию усилия состоит из серии последовательных подъемов носка (или пятки), стоящей на полу ступни сидящего человека. Каждое последовательное движение выполняется с минимальным наращиванием усилия, воспроизводя весь диапазон усилий от минимума до максимума. Регистрировали биполярными поверхностными электродами ЭМГ m.Gastrocnemius lat. и m.Tibialis ant. Анализировали соотношение амплитуды и длительности ЭМГ с величиной произвольного усилия, которое субъективно оценивалось испытуемым как количество движений в серии (рис.1).

218

Рис.1. Схема выполнения теста, пример регистрации ЭМГ, изменение амплитуд ЭМГ при 8 повторных попытках выполнения теста одним из испытуемых. Оценка успешности выполнения теста учитывала: 1. число движений в тесте - субъективная оценка усилия; 2. число движений, дифференцируемых по амплитуде ЭМГ - объективная оценка усилия; 3. амплитуду ЭМГ начального движения в % от амплитуды ЭМГ при максимальном напряжении мышцы; 4. прирост амплитуды ЭМГ в последовательных движениях; 5. количество ошибок – отрицательный “прирост ” амплитуд последовательных движений; Результаты исследования А. Особенности выполнения теста здоровыми испытуемыми. Тестирование 10 здоровых испытуемых показало, что в большинстве случаев испытуемые выполняют большее количество движений (субъективная оценка усилия), чем можно различить по амплитуде ЭМГ - объективная оценка. Различия двух оценок показаны на рис.2.

Средние оценки параметров ЭМГ практически не различались для обеих мышц и были достаточно устойчивы для различных испытуемых: объективная оценка дифференцируeмых уровней усилия составляла 5.9+1,5; амплитуда минимального усилия 27%, прирост амплитуды в последовательных движениях 10-18%, количество ошибок 24-32% при подъеме носка или пятки соответственно. Корреляционный анализ выявил наличие четкой внутренней структуры теста, с характерной 219

зависимостью амплитуды и длительности ЭМГ от субъективной оценки усилия, а также зависимостью амплитуды и длительности ЭМГ. Для всех случаев коэффициент корреляции составлял 0,72-0,80. Б. Влияние афферентации на выполнение теста. Для “деафференации” конечности использовали 2 вида ишемического жгутирования: 1.Проксимальная ишемия (жгут над коленным cуставом около 20-25 мин.) выключала волокна 1A. Н-тестированием устанавливалось полное угнетение Н-ответов при сохранности М-ответов работающей мышцы.

2. Дистальная ишемия (жгут над голеностопным суставом около 40 мин.) выключала афферентацию стопы и сустава. Контроль по порогам электрокожного раздражения и по различению направления движения при пассивном перемещении стопы. Н-тестирование выявляет неизменность Н- и М-ответов работающих мышц в течение ишемизации. Анализ показал, что проксимальная ишемия снижала способность выполнения теста по всем критериям, в то время как при дистальной ишемии данные оставались близкими к норме. Несмотря на выявленные количественные изменения способности к градации усилия при проксимальной ишемии, внутренняя структура теста не менялась при обоих видах “деафферентаций”, и характерные для нормы корреляция параметров ЭМГ и субъективной оценкой усилия - алгоритм теста, сохранялись. В. Выполнение теста больными с поражением различных мозжечковых систем. Обследованы 2 группы больных (по 10 чел.) с наследственными дегенерациями ЦНС, при которых в патологический процесс вовлечены промежуточная система мозжечка (1.болезнь Фридрейха), - область проекций спинальных афферентных систем и латеральная система мозжечка, включая кору (2. атаксия П.Мари). У больных 1 группы нарушения носили количественный характер и были сравнимы с нарушениями, вызываемыми проксимальной ишемией. При поражении латеральных отделов мозжечка (2-ая группа больных) отклонения от нормы более выражены и, что принципиально важно, утрачивается связь амплитуды и длительности ЭМГ (коэффициент корреляции уменьшается до 0,34-0,46 против 0,72-0,8 в норме), что означает полный распад двигательной программы. Заключение. Проведенный анализ выявил программный характер исследованного теста, установил его алгоритм и относительную независимость систем управления от текущего афферентного контроля, модулирующего лишь “чувствительность” системы управления быстрыми движениями. Исследование связи центральной программы с интегративными механизмами высших отделов ЦНС указывает на особую роль латеральных отделов мозжечка в программировании быстрых движений.

220

Богатыренко Е.А., Бузолева Л.С. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПРОБИОТИКИ В МАРИКУЛЬТУРЕ ИГЛОКОЖИХ Дальневосточный федеральный университет, Владивосток, Россия Bogatyrenko E.A., Buzoleva L.S. PERSPECTIVE PROBIOTICS IN MARICULTURE OF ECHINODERMS Far Eastern national university, Vladivostok, Russia Марикультура является одной из динамично развивающихся отраслей мировой экономики. Кроме растущего населения и стабилизации мировой добычи рыбы, этому способствует высокое качество морских организмов как продуктов питания. Это объясняет повышенный потребительский спрос на морепродукты, и, как следствие, активное развитие данного вида производства. Тем не менее, несмотря на явные преимущества создания морских ферм, при искусственном культивировании нередко приходится сталкиваться с проблемой снижения иммунитета у выращиваемых животных и их подверженности различным заболеваниям. В настоящее время одним из перспективных решений этой проблемы является применение препаратов на основе пробиотиков, которые представляют собой живые микроорганизмы, повышающие активность иммунной системы, принимающие активное участие в процессах пищеварения, способствующие восстановлению естественной микрофлоры [1]. Пробиотики широко используются как в медицинской практике для лечения и профилактики различных инфекционных заболеваний человека, так и в ветеринарии. Применение же пробиотиков в марикультуре является сравнительно новым направлением в биотехнологии. Пробиотики могут использоваться в качестве основного и дополнительного питания для гидробионтов, а также добавляться в воду для улучшения её качества. Пробиотики, применяемые при искусственном разведении промысловых видов, оказывают довольно разнообразное положительное воздействие на организм. Чаще всего это влияние проявляется в снижении смертности и увеличении скорости роста животных [2]. Во многих зарубежных странах марикультурные хозяйства успешно используют широкий спектр пробиотических биопрепаратов [3]. В России это направление биотехнологии менее развито. Целью нашей работы стал поиск потенциальных пробиотиков одного из дорогих и деликатесных видов иглокожих - дальневосточного трепанга Apostichopus japonicus. Основной задачей проведенных нами исследований стало выявление среди микрофлоры кишечников трепангов, обитающих в естественных условиях, штаммов, способных к синтезу амилазы, хитиназы, хондроитинсульфатазы и альгинатлиазы, то есть, ферментов, участвующих в переваривании трудноусваиваемых природных полимеров, которые в большом количестве поступают в пищеварительный тракт трепангов вместе с грунтом и останками различных морских животных и водорослей. Для проведения 221

исследований по изучению свойств микрофлоры трепанга были отобраны взрослые особи голотурий, из кишечников которых выделили в общей сложности 67 штаммов бактерий, с которыми проводилась дальнейшая работа по изучению их ферментативной активности. Определение амилазной и хондроитинсульфатазной активности проводилось по методу Шомодьи [4], хитиназную активность измеряли, используя модифицированный колориметрический метод оценки количества N-ацетиламиносахаров [5], оценку альгинатлиазной активности осуществляли визкозиметрическим методом [6]. В ходе работы выяснилось, что амилазная активность микрофлоры трепанга варьирует в пределах 0,046-0,593 ед. (мкмоль/мл мин), хондроитинсульфатазная – 0,124-0,412 ед. (мкмоль/мл мин), хитиназная – 0,29-2,09 ед.(мг/мл час), альгинатлиазная – 29,7-78,1% (степень падения вязкости тестраствора). Из 67-ми штаммов только один Pseudomonas stutzeri проявил высокую активность в отношении всех четырех изученных ферментов. Также следует отметить высокую активность штамма Bacillus pumilus в расщеплении хондроитинсульфата и хитина, а штаммов Bacillus coagulans и Bacillus megaterium K13 - в отношении гидролиза крахмала и альгината натрия. Планируется проведение ряда дополнительных исследований, направленных на изучение биологических свойств полученных микроорганизмов. Однако уже сейчас представленные данные позволяют говорить о больших перспективах использования указанных штаммов бактерий в качестве пробиотических препаратов в марикультурных хозяйствах, занимающихся товарным разведением иглокожих. Литература 1. Бурлаченко И.В., Судакова Н.В., Балакирев Е.И., Мордовцев Д.А., Малик Е.В. Перспективные пробиотики для осетровых рыб // Рыбное хозяйство. 2006. - № 3. - С. 12-16.

2. Verschuere L., Heang H., Criel G., Dafnis S., Sorgeloos P.,Verstraete W. Protection of Artemia against the pathogenic effects of Vibrio proteolyticus CW8T2 by selected bacterial strains // Appl. Environ. Microbiology. - 2000. - Vol. 66. - P. 1139–1146.

3. Irianto A., Austin B. Probiotics in aquaculture// Journal offish diseases. - 2002.

- Vol.25. - P. 1-10.

4. Somogyi M. Notes on sugar determination // J. Biol. Chem. - 1952. - Vol. 195.

- P. 19–23.

5. Reissing J.L., Strominger J.L., Leloir L F. Sugar determination // J. Biol.

Chem. - 1955. - V. 217. - P. 959–966.

6. Kitamikado M., Yamaguchi K., Tseng C.H., Okabe B.I. Method of alginatelyase activity determination // Appl. Environ. Microbiol. - 1990. - V. 56. - P. 2939–2940.

222

Варфоломеев В.Н. К ВОПРОСУ О ПРИМЕНЕНИИ КОМПОЗИТА НА ГЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ ПРИ ЛЕЧЕНИИ ОГНЕСТРЕЛЬНЫХ РАН Институт проблем химической физики РАН, Черноголовка Как известно, одной из основных целей лечения огнестрельных ран является уменьшение частоты гнойных осложнений, что способствует, в конечном итоге, улучшению качества и сокращению сроков лечения и ускорению выздоровления раненных. Современные представления о молекулярных механизмах патогенеза огнестрельных ран и развития раневой болезни базируются на открытии явления образования свободных радикалов, обусловленного действием огнестрельных ранящих снарядов, являющихся пусковым механизмом образования вторичного некроза при пулевых и осколочных ранениях. Методом ЭПР нами впервые был обнаружен и зарегистрирован новый, несвойственный нормальным тканям, сигнал неизвестной природы с gфактором 2,00 и ΔН=1,5 эрст. Сигнал отличался очень высокой интенсивностью и отсутствием насыщения до 200 мвт. Параметры сигнала не изменялись при обработке тканей окислителями, тогда как оксиароматические антиокислители или сульфгидрильные агенты приводили к его исчезновению. Отсюда следует, что ответственный за сигнал парамагнитный центр находится в окисленном состоянии. Судя по радиоспектроскопическим характеристикам, сигнал может быть отнесен к достаточно стабильному парамагнитному металлокомплексу, образование которого по времени совпадает с периодом формирования зоны вторичного поражения тканей. В настоящее время неизвестны способы ограничения очагов вторичного некроза. Существующие лечебные мероприятия по оказанию первой и врачебной помощи включают хирургическую обработку раны, а также использование тампонов, повязок и пленок с различными антибактериальными средствами, подавляющими рост попавшей микрофлоры и, таким образом, препятствующие микробному заражению. Этот комплекс мер по оказанию медицинской помощи связан с удалением нежизнеспособных тканей и некротических масс, профилактикой инфекционных осложнений и, по существу, ограничивается ликвидацией последствий механического действия ранящего снаряда. Однако указанные и другие лечебные мероприятия не предупреждают развития вторичных поражений тканей, хотя особенности патогенеза огнестрельных ран и свободно радикальные механизмы, лежащие в основе развития вторичных деструктивных изменений, диктуют настоятельную необходимость разработки и применения новых способов лечения ран. Открытие свободнорадикальных механизмов возникновения и развития очагов вторичного некроза позволяют поставить вопрос о возможностях модулирования (торможения или усиления) патогентических процессов при огнестрельных ранениях. К числу таких ответных реакций следует отнести 223

резкое снижение в зоне коммоции интенсивности биоэнергетических процессов, активности ферментов свободнорадикальной защиты клетки, а также существенный сдвиг редокс-состояния электрон-транстпортных цепей клетки в сторону окисления. Эти процессы в поврежденных тканях протекают на фоне понижения содержания природных антиоксидантов, что выражается в увеличении окисляемости липидов биологических мембран. Продолжая исследования отдельных стадий патогенеза огнестрельных ран и детализируя понятие раневой болезни как системного повреждения организма в целом, мы пришли к выводу о необходимости создания композита для ускоренного заживления огнестрельных ран с привлечением новых достижений биотехнологий и фармакологии. Проведенные нами ЭПРисследования, определение активности СОД, интенсивности биосинтеза белка и процессов ПОЛ, а также микровязкости липидного матрикса мембран эритроцитов позволило предложить обобщенную схему последовательнопараллельных стадий патогенетического процесса образования вторичного некроза при огнестрельных ранениях. В качестве примера приведены огнестрельные раны задней конечности кролика при огнестрельном ранении мягких тканей в контроле (мазь Вишневского) и при использовании разработанного нами композита (рис.1).

Рис.1.Общий вид огнестрельной раны мягких тканей задней конечности кролика через 7 суток после ранения пулей калибра 5,45 (Контроль (мазь Вишневского) – левый рисунок, Применение местного перевязочного композита на гелевой основе через 1 час и сутки после ранения – правый рисунок). Таким образом, разработанный композит является рациональным универсальным средством для высокоэффективного лечения пулевых и осколочных ран. Гель-композит предотвращает возникновение и тормозит развитие вторичного некроза, а также, укрепляя иммунитет, активирует биосинтез белков и, тем самым, обеспечивает ускоренное заживление тяжелых огнестрельных ран, а также способствует сокращению срока реабилитации раненых 224

Широта терапевтического действия композита ран различного генеза (огнестрельные и резаные, ожоги и обморожения, трофические язвы) позволяет использовать разработанный композит не только в военно-полевой хирургии, но и в других, но и в других областях медицины, а также в быту.

Гусев А.А., Захарова О.В. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ УГЛЕРОДНОГО НАНОСТРКУТУРНОГО МАТЕРИАЛА МЕТОДОМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОННОЙ БАЗЫ ДАННЫХ Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина, Тамбов, Россия Gusev A.A., Zakharova O.V. PREDICTION OF THE DEGREE OF RISK OF CARBON NANOMATERIAL

BY MATHEMATICAL MODELING USING ELECTRONIC DATABASE Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russia Уникальные свойства наноматериалов и их биологическая активность могут быть использованы в различных областях, в частности, для адресной доставки лекарственных препаратов, для борьбы с онкологическими заболеваниями и инфекциями, для целей генной и молекулярной инженерии, для улучшения качества окружающей среды, в парфюмерно-косметической и пищевой промышленности и многих других областях применения. Использование нанотехнологий и наноматериалов, бесспорно, является одним из самых перспективных направлений науки и техники в ХХI веке [1]. Помимо блестящих технологических, экономических и эксплуатационных характеристик, наноматериалы обладают свойствами, обусловлеными увеличением химического потенциала веществ на межфазной границе высокой кривизны, большой удельной поверхностью, высокой адсорбционной и аккумулирующей способностью. Это ведет к увеличению угрозы для человека и природных экосистем со стороны наноматериалов [2]. При этом отмечается отсутствие или недоступность новых баз данных, опирающихся на экспериментальные данные по токсичности отдельных наноматериалов. Существующие проекты, направленные на решение данной проблемы, имеют ряд недостатков, таких как отсутствие информации о токсикологических свойствах наноматериалов, полных версий указанных документов, а также ссылок на них. В связи с этим, нами разработана база данных «Биобезопасность наноматериалов», содержащая полнотекстовые версии научных публикаций, 225

методических пособий и нормативно-правовых документов в области экологической безопасности наноматериалов. В настоящее время база данных зарегистрирована Федеральной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам [3]. Первым практическим применением базы данных стала оценка уровня опасности промышленно производимого углеродного наноматериала на основе многостенных углеродных нанотрубок методом математического моделирования с использованием контента базы данных. В качестве методической основы использовались критерии опасности [4], которые позволяют на базе имеющейся научной информации о свойствах и биологическом действии наночастиц с использованием математических моделей предсказать потенциальную степень их опасности для биологических систем. На основе этого прогнозирования можно классифицировать наноматериалы по степени опасности. Проводилось отнесение исследуемого углеродного наноматериала к одному трёх уровней потенциальной опасности, путем применения метода математического моделирования с использованием генеральных определительных таблиц (ГОТ) в соответствии с рекомендациями [4]. ГОТ представляет собой перечисление признаков наноматериала, собранных по функциональным блокам и упорядоченных в соответствии с их значимостью. Значимость признака определялась путем анализа литературных источников, входящих в базу данных. В результате установлено, что исследуемый наноматериал обладает высокой степенью опасности, и данная оценка опасности достоверна. Высокая степень потенциальной опасности, согласно [4], предполагает проведение полного комплекса токсикологических исследований. Применение методов математического моделирования позволяет значительно сократить количество токсикологических экспериментов, требующих современного аналитического оборудования, трудовых и материальных ресурсов. Литература 1. Об утверждении Концепции токсикологических исследований, методологии оценки риска, методов идентификации и количественного определения наноматериалов: Постановление Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 31.10.2007 № 79 // Российская газета. 2007. № 270.

2. Цымбал М.В., Юшкевич Л.С. К вопросу об экологической безопасности наноматериалов, применяемых в строительстве // Успехи современного естествознания. – 2011. – № 1 – С. 92-93.

3. Гусев А.А., Копытова Н.Е., Дудов А.С., Захарова О.В., Полякова И.А., Зайцева О.Н. База данных «Биобезопасность наноматериалов» № 2011620488 от 29.06.2011 4. Методические рекомендации по выявлению наноматериалов, представляющих потенциальную опасность для здоровья человека. МР1.2.2522-09.

– М.: Федеральный Центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009 – 35 с.

226

Животова Е.Ю.1, Лебедько О.А.1,2, Тимошин С.С.1 ПРОТЕКТИВНЫЙ ЭФФЕКТ ДАЛАРГИНА ПРИ ЭТАНОЛИНДУЦИРОВАННОМ ПОВРЕЖДЕНИИ СЛИЗИСТОЙ ОБОЛОЧКИ ЖЕЛУДКА В ЭКСПЕРИМЕНТЕ 1 Дальневосточный государственный медицинский университет, 2Хабаровский филиал Дальневосточного научного центра физиологии и патологии дыхания СО РАМН – НИИ охраны материнства и детства, Хабаровск, Россия Zhivotova E.Yu.1, Lebedko O.A.1,2, Timoshin S.S.1 DALARGIN PROTECTIVE EFFECT IN ETHANOL-INDUCED GASTRIC MUCOUS LINING DAMAGE IN EXPERIMENT 1 The Far eastern state medical university; 2Khabarovsk Facility of State Founding Far-Eastern Scientific Center of– Scientific research institute of Mother and Child Care, Khabarovsk, Russia Аннотация Исследовали эффект аналога лей-энкефалина (даларгина) на состояние слизистой оболочки желудка белых мышей, получавших этанол. Введение этанола вызывало повреждение слизистой желудка, уменьшало пролиферативную активность эпителия и стимулировало свободнорадикальные процессы в ткани желудка. Даларгин достоверно уменьшал площадь повреждения слизистой оболочки желудка, оказывал нормализующее воздействие на пролиферацию эпителиальных клеток и уменьшал степень оксидативного стресса. Назначение даларгина улучшило состояние слизистой оболочки желудка.

Summary We have studied the effect of leu-enkefalin (Dalargin) analog on the gastric mucous lining of albino mice receiving ethanol. Ethanol introduction resulted in damage of the gastric mucous lining increasing epithelium proliferative activity and stimulating free radical processes in gastric tissues. Dalargin reliably decreased mucous lining damage area normalizing epithelial cells proliferation and reduced oxidation stress. Dalargin improves gastric mucosa condition. Алкоголь вызывает широкий спектр морфологических изменений в слизистой оболочке желудка (СОЖ): микроциркуляторные нарушения, угнетение желудочного слизеобразования, повышение проницаемости слизистой оболочки, усиление слущивания поверхностных эпителиальных клеток, торможение их регенерации [1], активацию процессов апоптоза [2]. Употребление алкоголя способствует развитию различных патологических состояний, в том числе, повышению риска возникновения рака пищевода и желудка [3].

227

Даларгин – синтетический аналог лей-энкефалина – известен как фармакологический препарат для лечения язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки [4]. В ранее проведенных нами исследованиях показано позитивное влияние даларгина на течение гастропатии, индуцированной применением НПВП [5, 6, 7]. Представляло интерес оценить гастропротективный эффект даларгина в условиях нарушения тканевого гомеостаза слизистой оболочки желудка, индуцированного этанолом. Цель исследования – анализ механизмов гастропротективного эффекта даларгина при этанол-индуцированном повреждении СОЖ. Методика исследования. В работе использовали 65 белых мышей-самцов массой 25-30 г. Для моделирования этанол-индуцированного повреждения СОЖ животным с помощью зонда вводили этанол (96%, 0,1 мл/мышь) [8]. Даларгин (Tyr–D–Ala–Gly –Phe –Leu–Arg; лаборатория синтеза пептидов Российского кардиологического центра) вводили животным внутрибрюшинно в дозе 100 мкг/кг 1 раз в сутки в течение 5 сут. На 5-е сутки исследования животные интрагастрально получали этанол, и через 1 час их выводили из эксперимента. Контролем служили интактные животные. Площадь эрозивно-язвенного поражения СОЖ измеряли с помощью компьютерной морфометрии на комплексном анализаторе изображения «МЕКОС-Ц» после видеозахвата под бинокулярной лупой (х6). Анализ пролиферативной активности эпителия желудка осуществляли методом авторадиографии, для чего животным за 1 час до эвтаназии вводили Н3тимидин из расчета 1 мкКюри на 1 г массы (уд. активность 84 Кюри/моль). Радиоавтографы готовили по принятой в лаборатории методике, использовали фотоэмульсию «Kodak Autoradiography» (Emulsion NTB Product code 8895666). Индекс меченых ядер (ИМЯ) определяли на основании подсчета 2500 эпителиоцитов СОЖ на продольных полнослойных срезах собственных желез желудка. Процессы свободно-радикального окисления (СРО) в гомогенатах желудка исследовали методом хемилюминесценции (ХМЛ). Регистрацию ХМЛ осуществляли на люминесцентном спектрометре «LS 50B» («Perkin Elmer»). Сигнал стандартизировали с помощью встроенной программы «Finlab». Анализировали параметры ХМЛ-грамм спонтанного и индуцированного (Fe2+ и Н2О2 в присутствии люминола) свечения. Определяли: Sсп – интенсивность свободнорадикальных процессов, h - содержание гидроперекисей липидов, Sинд.1 – скорость образования перекисных радикалов, Н – потенциальную способность биологического объекта к перекисному окислению, Sинд.2 активность антиоксидантной защиты [9, 10]. Статистическую обработку данных проводили с использованием ППП «Statistica-6,0». Результаты и обсуждение. Интрагастральное введение этанола индуцировало выраженное эрозивноязвенное повреждение СОЖ. Средняя площадь поражения составила 10,32±0,96мм2 (при отсутствии подобных поражений в контроле).

228

Повреждение СОЖ сопровождалось выраженным угнетением синтеза ДНК. Наблюдалось достоверное уменьшение количества ДНК-синтезирующих клеток в 2,3 раза (табл. 1). Таблица 1. Влияние даларгина на процессы синтеза ДНК на модели этанолиндуцированного повреждения слизистой оболочки желудка белых мышей (М ± м) Группа ИМЯ,% ИМ Контроль 8,01+0,49 44,63+0,73 Этанол 3,49+0,18* 42,87+0,99 Даларгин + этанол 5,36+0,26*,** 45,32+0,67 *р<0,05 – достоверность по отношению к группе «контроль», **р<0,05 – достоверность по отношению к группе «этанол» Снижение пролиферативной активности в СОЖ после воздействия этанола сопровождалось выраженной активацией процессов СРО в тканях желудка: исследованные показатели хемилюминесценции в гомогенатах желудка увеличивались в 3,54-7,83 раза. Анализ показателей ХМЛ свидетельствует о формировании оксидативного стресса. Повышение генерации активных кислородных метаболитов сопровождалось увеличением количества гидроперекисей липидов (h) и ускорением образования перекисных радикалов (Sинд.1) на фоне ослабления антиоксидантной антирадикальной защиты (Sинд.2) и снижения устойчивости биосубстрата к перекисному окислению (Н) (табл. 2). Таблица 2. Влияние даларгина на показатели хемилюминесценции гомогенатов желудка на модели этанол-индуцированного повреждения СОЖ белых мышей (M±m) Показатели Контроль Этанол Даларгин+этанол ХМЛ, (отн. ед.)

Ssp. 1,14±0,11 5,10±0,22* 2,94±0,11*, ** h 1,90±0,14 6,73±0,27* 5,11±0,22*, ** Sind-1 2,85±0,16 11,25±0,61* 8,23±0,39*, ** H 1,84±0,11 8,15±0,41* 6,47±0,35*, ** Sind-2 1,00±0,05 7,83±0,43* 5,23±0,35*, ** *р<0,05 – достоверность по отношению к группе «контроль», **р<0,05 – достоверность по отношению к группе «этанол» Предварительное (до воздействия этанола) пятикратное введение даларгина ослабило повреждающее действие на СОЖ. Площадь повреждения уменьшилась в 1,6 раза (этанол-10,32±0,96мм2; даларгин+этанол - 6,4±1,12мм2).

229

Введение даларгина частично ослабило повреждающий эффект этанола на процессы синтеза ДНК: ИМЯ в СОЖ животных, получавших этанол на фоне пятикратного введения даларгина, статистически значимо (в 1,5 раза) превышал значение аналогичного показателя у животных, получавших только этанол (табл. 1). Введение даларгина оказало корригирующее влияние на редокс-статус тканей желудка у животных, получавших этанол. Все исследуемые ХМЛпоказатели статистически значимо изменились по сравнению с показателями группы животных, получавших этанол без коррекции. На фоне активации антиоксидантной антирадикальной защиты (Sind2 уменьшился в 1,25 раза), повышения перекисной резистентности (амплитуда Н снизилась в 1,53 раза), имело место угнетение генерации активных кислородных метаболитов в целом (Ssp снизилась в 1,73 раза), в том числе, за счет снижения концентрации гидроперекисей (h) в 1,31 раза и угнетения образования и накопления перекисных радикалов (Sind1) в 1,36 раза (таб. 2). Таким образом, в представленных выше экспериментах при этанолиндуцированном повреждении СОЖ даларгин проявляет защитное действие, которое может быть обусловлено несколькими взаимодополняемыми факторами. Одним из механизмов протективного действия даларгина в данной экспериментальной модели, на наш взгляд, является его способность стимулировать синтез ДНК. Это качество пептид демонстрирует в физиологических условиях [11], а также в условиях патологии при НПВПгастропатии [5, 6]. Угнетение синтеза ДНК, имевшее место при этаноловом ульцерогенезе, может быть связано с участием митоген-активируемой протеинкиназы, которая играет важную роль в инициации клеточных процессов, таких как апоптоз и воспалительные реакции. Этанол оказывает «тройной» эффект на митогенактивируемую протеинкиназу, обеспечивая прямое воздействие этанола, эффект его метаболитов, а также индуцированного этанолом оксидативного стресса [12]. В наших предыдущих исследованиях продемонстрировано свойство даларгина ослаблять выраженность воспалительной реакции СОЖ, а также снижать уровень программируемой клеточной гибели в условиях НПВПгастропатии [11]. Возможно, одним из механизмов, объясняющих обеспеченную даларгином нормализацию синтеза ДНК в слизистой оболочке желудка при этаноловом ульцерогенезе, является способность пептида ослаблять воспаление и угнетать апоптотический сигналинг. Наряду с повышением пролиферативного потенциала, причиной корригирующего действия даларгина может быть способность пептида ослаблять проявлениия оксидативного стресса. ХМЛ-анализ гомогенатов желудка продемонстрировал формирование оксидативного стресса под влиянием этанола. Об этом свидетельствует декомпенсированное накопление различных видов активных метаболитов 230

кислорода, сочетающееся с ослаблением антиоксидантной и антирадикальной систем защиты (табл. 2). Данные, зарегистрированные в нашем эксперименте, в определенной степени, объясняются прооксидантными свойствами этанола. Согласно общепринятым представлениям, гастропатические эффекты этанола реализуются через активацию свободно-радикального окисления [13], сопровождающуюся снижением эндогенных антиоксидантных механизмов защиты [14]. Так, одним из последствий применения этанола является уменьшение количества глутатиона, с дефицитом которого связаны многие эффекты, в частности, стимуляция апоптоза [2]. Коррекция редокс-статуса при этанол-индуцированной гастропатии значительно снижает степень ульцерации СОЖ [15]. Возможной причиной уменьшения гастропатических эффектов этанола даларгином может быть антиоксидантная и антирадикальная активность пептида. По данным литературы, антиоксидантная и антирадикальная активность даларгина обусловлена его способностью активировать ферментативное звено антиоксидантной защиты [16], а также способностью снижать генерацию активных форм кислорода и поддерживать уровень низкомолекулярных антиоксидантов [17]. В реализации гастропротективного даларгина (аргинин-содержащего опиоидного пептида) важная роль принадлежит присутствию в его составе остатка молекулы Arg. Аргинин является субстратом для NO-синтаз, донором NO, поэтому гастропротективный эффект аргининсодержащих пептидов может быть обусловлен вовлечением системы NO-NOS. Под влиянием даларгина, благодаря наличию Arg в структуре молекулы, не просто имеет место усиление антиоксидантной и антирадикальной защиты, но и расширение спектра этой активности. Образующийся за счет активации цикла Arg-NOS-NO оксид азота запускает механизмы нитрирования и нитрозилирования внутриклеточных мишеней [18]. Блокада системы NOS-NO с помощью L-NAME сводит на нет цитопротективный и антиоксидантный эффект даларгина в условиях НПВПгастропатии [6]. Кроме того, важным компонентом защитного действия даларгина является его способность за счет системы Arg-NOS-NO оптимизировать процессы микроциркуляции в очаге повреждения [19]. Сочетание у даларгина способности стимулировать синтез ДНК с антиоксидантной и антирадикальной активностью, а также наличие нитроксидергического компонента обеспечивают ему уникальные способности нормализовать тканевой гомеостаз при этанол-индуцированном повреждении СОЖ. Литература 1. Шептулин А.А. Алкогольные поражения слизистой оболочки желудка / А.А. Шептулин // Российск. журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. – 2008. – Т. 18, № 5. – С. 62-64.

231

2. Extravascular lung water in patients with severe sepsis: a prospective cohort study / G. S. Martin, S. Eaton, M. Mealer, M. Moss // Crit. Care – 2005. – Vol. 9, № 2. – R. 74-R. 82.

3. Franke A. Alcohol-related diseases of the esophagus and stomach / A. Franke, S. Teyssen, M.V. Singer // Dig. Dis. – 2005. – Vol. 23, № 3-4. – P. 204-213.

4. Алексеенко С.А. Влияние блокаторов Н₂-рецепторов гистамина и даларгина на репаративные процессы в слизистой оболочке гастродуоденальной системы у больных язвенной болезнью двенадцатиперстной кишки / С.А. Алексеенко, С.С. Тимошин // Клиническая медицина. – 1996. - № 9. – С. 52-54.

5. Применение даларгина для профилактики и лечения НПВП-гастропатий / Н.А. Болоняева, Е.Ю. Животова, М.Ю. Флейшман и др. // Дальневосточн. мед. журнал. – 2005. - № 2. – С. 62-66.

6. Гастропротективный эффект даларгина при гастропатии, вызванной приемом нестероидных противовоспалительных средств / Е.Ю. Животова, М.Ю. Флейшман, Е.Н. Сазонова и др.]// Бюлл. эксперим. биологии и медицины.

– 2009. – Т. 147, № 4. – С. 420-423.

7. Влияние даларгина при лечении и профилактике НПВП-гастропатий на выраженность оксидативного стресса и процессов апоптоза в слизистой оболочке желудка (экспериментально-клиническое исследование) / Е.Ю. Животова, Н.А. Болоняева, М.Ю. Флейшман и др. // Дальневосточн. мед. журнал. – 2011. - № 4. – С. 29-32.

8. Roles of nitric oxide in protective effect of berberine in ethanol-induced gastric ulcer mice / L. Pan, Q. Tang, Q. Fu et al. // Acta Pharmacologica Sinica. – 2005. – Vol. 26, № 11. – P. 1334-1338.

9. Cвободные радикалы в живых системах / Ю.А. Владимиров, О.А. Азизова, А.И. Деев и др. // ВИНИТИ АН ССР: Итоги науки и техники. Сер. Биофизика. – T. 29. – М., 1991. – С. 147.

10. Арутюнян, А.В. Методы оценки свободнорадикального окисления и антиоксидантной системы организма / А.В Арутюнян, Е.Е. Дубинина, Н.Н. Зыбина // Методические рекомендации. - СПб, 2000. – 49 с.

11. Влияние даларгина на процессы синтеза ДНК в слизистой оболочке желудка белых крыс / Е.Ю. Животова, М.Ю. Флейшман, О.А. Лебедько и др. // Бюлл. эксперим. биологии и медицины. – 2007. – Т. 144, № 9. – С. 288-290.

12. Aroor A.R. MAP kinase signaling in diverse effects of ethanol / A.R. Aroor, S.D. Shukla // Life Sci. – 2004. – Vol. 74, - № 19. – P. 2339-2364.

13. Taurocholate-induced nitric oxide signaling and the ensuing production of reactive oxygen species lead to an increase in epithelial permeability in cultivated mouse gastric epithelium / H. Mustonen, T. Kiviluoto, P. Puolakkainen et al.]// Dig. Dis. Sci. – 2008. – Vol. 53, № 12. – Р. 3119-3127.

14. Ethanol prevents development of destructive arthritis / I.M. Jonsson, M. Verdrengh, T.M. Brissler et al.// Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 2007. - № 104. – P. 258–263.

232

15. Repetto M.G. Bioactivity of sesquiterpenes: compounds that protect from alcohol-induced gastric mucosal lesions and oxidative damage / M.G. Repetto, A. Boveris // Mini Rev. Med. Chem. – 2010. – Vol. 10, № 7. – P. 615-623.

16. Орлова Е.А. Роль NO-синтазы в стимуляции опиатных рецепторов и устойчивости почек к оксидативному стрессу / Е.А. Орлова, И.А. Комаревцева // Укр. бiохiм журн. – 2004. – Т. 76, №1. – С. 97-102.

17. Влияние даларгина на свободнорадикальные процессы в крови крыс при умеренной гипотермии / Л.Т. Таджибова, М.Д. Астаева, Ж.Г. Исмаилова [и др.] // Бюлл. экспер. биол. и мед. – 2010. – Т. 150, № 9. – С. 271-274.

18. Cataldi A. Cell responses to oxidative stressors / A. Cataldi // Curr. Pharm.

Des. – 2010. – Vol. 16, № 12. – P. 1387-1395.

19. Сиротин Б.З. Микроциркуляция: влияние лекарственных препаратов / Б.З. Сиротин, К.В. Жмеренецкий // Хабаровск : КГУП «Хабаровская краевая типография», 2010. – 128 с.

Мамедов Х.Ф. ВЛИЯНИЕ ВЛАЖНОСТИ ЗЕРЕН НА ФОТОЛИТИЧЕСКОЕ И РАДИОЛИТИЧЕСКОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ АФЛАТОКСИНОВ В ПШЕНИЦЕ Институт Радиационных Проблем Национальной Академии Наук, Азербайджанская Республика Mamedov Kh.F. INFLUENCE OF HUMIDITY OF GRAINS ON PHOTOLYTIC AND RADIOLYTIC DECOMPOSITION OF AFLATOXINS IN WHEAT Institute of Radiation Problems National Academy of Sciences, Azerbaijan Republic УДК 541.15 Обнаружены относительно большие концентрации (28 мкг/кг) афлатоксинов в пшеничных зернах, зараженных микроскопическими грибками Aspergillus flavus. Изучена кинетика фотолитического и радиолитического разложения афлатоксинов в зернах пшеницы с разной влажностью и в водных растворах. Наблюдается повышение степени разложения афлатоксинов по мере увеличения степени влажности пшеничных зерен. Поглощенная доза ионизирующей радиации, равная 10 кГр, обеспечивает полную стерилизацию пшениц и разложение афлатоксинов во влажных зернах. Ключевые слова: стерилизация, афлатоксин, радиолитическое разложение.

Rather big concentration (28 μg/kg) of aphlatoxins in the wheat grains infected with microscopic fungi Aspergillus flavus have been found out. The kinetics of phoyolytic and radiolytic decomposition of aphlatoxins in wheat grains at different humidity and in water solutions have been studied. The absorbed dose of ionizing 233

radiation equal 10 kGy, provides full sterilization of wheat and decomposition of the aphlatoxins in dump grains.

Keywords: sterilization, aphlatoxin, radiolytic decomposition. Введение Микроскопические грибы Aspergillus flavus могут образовывать афлатоксины в продовольственном сырье, зернах, кормах и различных пищевых продуктах. В свою очередь, загрязненные канцерогенными афлатоксинами корма и пищевые продукты приводят к возникновению токсикозов у животных и людей. Алиментарные токсикозы, вызванные потреблением в пищу продуктов, загрязненных афлатоксинами, можно отнести к распространенным микотоксикозам. Проникая в глубокие слои пищевых продуктов, малые концентрации афлатоксинов могут стать причиной отравления. Микроскопические грибы и продуцирумые ими микотоксины создают реальную опасность для здоровья населения [1, 2]. Афлатоксины относятся к слаборастворимым в воде (20 мкг/мл) и легко растворимым в полярных растворителях полициклическим фурокумаринам. Известны четыре основных представителя афлатоксинов (В1, В2, G1, G2) и 10 производных метаболитов (М1, М2, В2а, G2а, Р1, Q1 и др.). Ионизирующее излучение источников 60Co широко применяются для стерилизация медицинских приборов и изделий. Эти источники применяются и для для стерилизации, дезинфекции и дезинсекции плодов и семян сельскохояйственных растений, а также для увеличения срока хранения овощей и кормов [3, 4]. В данной работе проведена фотолитическая и радиолитическая стерилизация зерен пшеницы, пораженных Asp.flavus, а также фотолитическое и радиолитическое разложение продуцируемых ими афлатоксинов. В качестве вспомогательных систем для проведения оценки степеней разложения афлатоксинов в пшенице использовались водные растворы спиртовых экстрактов афлатоксина. Загрязненные микотоксинами пшеничные зерна и водные растворы этих же микотоксинов были облучены одинаковыми дозами. Методика экспериментов Качественное и количественное определение исходных и конечных компонентов в облучаемых водных растворах афлатоксина и анализ спиртовых экстрактов загрязненных афлатоксинами зерен пшеницы проводили с использованием ЖХ, ГХ, МС, ЖХ-МС, ИФА (LC-10AVP, GCMS-QP 2010, GC2010 системы фирмы Шимадзу, ИФА-анализаторы фирм R-Biopharm и Teknopol) [5, 6]. Определения видов и числа микроорганизмов в зараженных зернах пшеницы проводили с использованием различных селективных питательных сред фирм Hi-media (Индия) и Condalab (Испания), системы RABIT (Англия), счетчиков колоний. В качестве источника УФ-света использовали бактерицидные излучатели ОБПе-450, изготовленные ЗАО «Завод ЭМА» (город Екатеринбург). Эти лампы создают интенсивность излучения 3,6 Вт/м2=3,6 Дж/(м2∙ с) на расстоянии 1 метра. В зернах пшеницы 234

массой 1 кг, распределенным в форме монослоя на поверхности облучаемой полки площадью 3000 см2, в течении 30 мин., поглощается энергия УФизлучения, равная 2 кДж. Мощность дозы от источника 60Co радиационнохимической установки составляла 0,33 Гр/с. Обсуждение результатов Изучена кинетика разложения афлатоксина, продуцируемого микроскопическими грибками Asp.flavus, и зависимость числа микроскопических грибков от поглощенной энергии УФ-света и дозы ионизирующего излучения 60Co (см.: табл. 1, 2 и 3). Таблица 1. Зависимость числа грибков Aspergillus от экспозиции УФ-света, облучающего поверхность дециметрового слоя пшеничных зерен Энергия поглощенного УФ-света, 0 0,1 1,0 2,0 кДж Число грибков Aspergillus в 1 гр. 1260 1100 870 840 зернах пшеницы Таблица 2. Зависимость числа грибков Aspergillus от экспозиции УФ-света, облучающего поверхность монослоя пшеничных зерен Энергия поглощенного УФ-света, 0 0,1 1,0 2,0 кДж Число грибков Aspergillus в 1 гр.

1260 860 280 0 зернах пшеницы Проведенные облучения влажных масс пшеницы, зараженных грибками Asp.flavus, показали, что применение УФ-света обеспечивает стерилизацию только облученных монослоев пшеницы. Таблица 3. Зависимость концентрации афлатоксина от энергии УФ-света, поглощенного зернами пшеницы и водными растворами афлатоксина Поглощенная энергия УФ-света, кДж 0 0,1 1 2 6 Концентрация афлатоксина в сухих 28 27 25 23 20 зернах пшеницы, мкг/кг Концентрация афлатоксина в зернах 28 26 23 21 18 пшеницы (с влажностью 8%), мкг/кг Концентрация афлатоксина в зернах 28 24 21 20 16 пшеницы (с влажностью 20%), мкг/кг Концентрация афлатоксина в зернах 28 24 21 20 15 235

пшеницы (с влажностью 26%), мкг/кг Концентрация афлатоксина в водном растворе, мкг/кг

28

23

19

16

10

Поглощенная экспозиция УФ-света, равная 2 кДж, стерилизуя зараженные грибками Aspergillus монослои зерен, обеспечивает их дальнейшее шестимесячное хранение без потерь. Однако этот процесс характеризуется низкой производительностю и большими энергозатратами. Два источника УФсвета обеспечивают стерилизацию не более 10 кг пшеничных зерен за 1 час облучения. Благодаря большой проникающей способности гамма лучей, поглощенная доза ионизирующей радиации 60Со, равная 10 кГр, стерилизуя многократно большие массы пшеничных зерен, обеспечивает также разложение афлатоксинов в них (см., табл. 4 и 5). Таблица 4. Зависимость числа грибков Aspergillus от дозы ионизирующего излучения 60Со, поглощенной в дециметровой толстой массе пшеничных зерен Поглощенная доза ионизирующего 0 1 5 10 60 излучения Со, кГр Число грибков Aspergillus в 1гр. 680 60 1 0 зернах пшеницы Ионизирующее излучение обеспечивает равномерную по всему объему стерилизацию больших масс пшеницы. Стерилизация пшеничных зерен дозой ионизирующего излучения 60Со, равной 10 кГр, обеспечивает их длительное хранение (более 6-ти месяцев) и не вызывает отрицательных изменений в них. Под действием ионизирующего излучения и свободно-радикальных продуктов радиолиза воды молекулы афлатоксина разлагаются на различные радикалы, атомы и ионы. Вследствие рекомбинации этих радикалов и частиц образуются новые, не канцерогенные молекулы. Проведенные комплексные физикохимические исследования показывают на образование в зернах пшеницы, при их радиолитической стерилизации, в следовых количествах не канцерогенных, нейтральных соединений (метилциклопентан, бензойный и пировиноградный альдегиды, легкие спирты и легкие жирные кислоты). Таблица 5. Зависимость концентрации афлатоксина от дозы ионизирующего излучения, поглощенного зернами пшеницы и водными растворами афлатоксина Поглощенная доза ионизирующего 0 1 5 10 25 60 излучения Со, кГр Концентрация афлатоксина в сухих 28 20 12 7 4 зернах пшеницы, мкг/кг 236

Концентрация афлатоксина в зернах пшеницы (с влажностью 8%), мкг/кг Концентрация афлатоксина в зернах пшеницы (с влажностью 20%) , мкг/кг Концентрация афлатоксина в зернах пшеницы (с влажностью 26%), мкг/кг Концентрация афлатоксина в водном растворе, мкг/кг

28

18

8

2

0

28

15

4

0

0

28

13

3

0

0

28

11

1

0

0

Сравнения концентраций афлатоксина в зернах пшеницы, облученных УФ-светом, и ионизирующим излучением, показывают на увеличение степени и скорости разложения афлатоксина по мере увеличения влажности пшеничных зерен. Эти результаты объясняются участием образовавшихся при радиолизе воды гидратированных электронов и радикалов или же образовавшихся при фотолизе сравнительно малочисленных радикалов в процессах дальнейшего разложения афлатоксина. В образцах пшеничных зерен, облученных дозой 10 кГр, в зависимости от влажности зерен, афлатоксины практически полностью разлагаются или уменьшаются до значений значительно ниже предельнодопустимой концентрации афлатоксина (ПДК=5мкг/кг). Большие степени разложения афлатоксинов во влажных зернах, указывают на целесообразность облучения зерен в невысушенном виде. В процессе облучения влажные зерна частично высушиваются, что является важным условием для дальнейшего хранения зерен. Радиолитический метод детоксикации по достигнутой высокой степени деструкции афлатоксинов превосходит все традиционные методы детоксикации [7, 8].

1.

2.

3.

4.

Литература Иванов А.В., Тремасов М.Я., Папуниди К.Х. и др. // О причинах массовых микотоксикозов животных. Журн. Иммунопатология, Аллергология, Инфектология. 2010. № 1. С. 192-193. Минаева Л.П., Григорьев А.М., Шевелева С.А // Исследование зараженности различных видов зерна плесневыми грибами потенциальными продуцентами трихотеценовых токсинов. Журн. Иммунопатология, Аллергология, Инфектология. 2010. № 1. С. 202. Гарибов А.А., Мамедов Х.Ф // Фотолитическая и радиолитическая стерилизация зараженных Ес-бактериями овощей и детоксикация комбикорма, загрязненного диоксином. Журн. Химические Проблемы. 2011. № 3. С. 405-410.

Tape N.W // International Consultative Group on Food Irradiation: Role, achievements, and impact, 1984-88. Vienna: IAEA Bulletin. N:1. 1989. P. 35-38

237

5. Coker R. D., Tetteh J., Andreou M. P // Apparatus and method for detection and measurement of target compounds such as a food toxin. European Patent Application, 2 198 274 (UK). 2008.

6. Xu Y. , Huang Z. B., He Q. H., Deng S-Z., Li L-S., Li Y-P // Development of an immunochromatographic strip test for the rapid detection of deoxynivalenol in wheat and maize. Food Chem. 2010. Vol. 119. P. 834.

7. Афанасьев В.А. Научно-практические основы тепловой обработки зерновых компонентов и технологии комбикормов: Автореф. дисс. д-ра техн. наук. Московский Государственный Университет Пищевых Продуктов. М., 2003. 48 с.

8. He J., Zhou t., Young J.C., Boland G.J., Scott P.M // Chemical and biological transformations for detoxification of trichothecene mycotoxins in human and animal food chains: a review. Trends in Food Science and Technology. 2010.

Vol.21. N: 2. P. 67-76.

Мелехин С.В. СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗОВАННОЙ ЛИМФОИДНОЙ ТКАНИ ТОНКОЙ КИШКИ У ПОТОМСТВА МЫШЕЙ ОТ ОБЛУЧЕННЫХ РОДИТЕЛЕЙ ГБОУ ВПО «Пермская государственная медицинская академия им. ак. Е.А. Вагнера» Минздравсоцразвития России, Пермь, Россия Melekhin S.V. STRUCTURAL PARTICULARITIES OF ORGANIZED LYMPHOID TISSUE OF SMALL INTESTINE IN MICE OFFSPRING FROM IRRADIATED PARENTS Perm State Academy for Medicine named after Academician E.A. Wagner, Perm, Russia Введение Организованная лимфоидная ткань тонкой кишки представлена одиночными и агрегированными лимфоидными узелками, располагающимися в ее слизистой оболочке и подслизистой основе [2]. Согласно современным представлениям, организованная лимфоидная ткань, ассоциированная с тонкой кишкой, относится к вторичным лимфоидным органам иммунной системы [3]. Она участвует в формировании локальных и системных иммунных ответов, лимфопоэзе и рециркуляции лимфоцитов [4,5]. В ряде исследований агрегированные лимфоидные узелки тонкой кишки изучались при прямом воздействии на организм человека и животных ионизирующего излучения [1]. Вопросы же, связанные с исследованием этих образований у потомства, родившегося от облученных ионизирующей радиацией родителей, остаются слабоизученными.

238

Целью работы явилось исследование структурной организации лимфоидной ткани, ассоциированной с тонкой кишкой, и ее реактивности в ответ на антигенное воздействие у мышей первого поколения, родительские пары которых были облучены различными дозами ионизирующей радиации. Материалы и методы Эксперимент проведен на белых беспородных мышах первого поколения, родители которых в трехмесячном возрасте однократно были облучены с помощью установки ИГУР-1 с цезиевым источником излучения и мощностью 0,8 Гр/мин. Использовались две дозы облучения: 0,3 Гр (слабая) и доза 3 Гр, приближающаяся к сублетальной. После затихания острого лучевого синдрома для проведения спаривания родителей было подобрано шесть вариантов. В контроле спаривали необлученных животных. В вариантах с облучением самцов в дозе 3 Гр потомство не было получено, несмотря на неоднократное повторение опыта в весенне-летний период. В других вариантах, а также в контроле, количество родившихся мышат составляло от 20 до 40. Все животные, родившиеся от интактных и от облученных родителей из двух вариантов опыта, были разделены на 4 группы: 1-я – мыши, родившиеся от облученных самок в дозе 3 Гр и необлученных самцов (42 животных); 2-я – мыши, родившиеся от облученных родителей в дозе 0,3 Гр (25 животных); 3-я – необлученные мыши (контроль – 37 животных); 4-я – интактные мыши, родившиеся от необлученных родителей (10 животных). По достижению потомством двухмесячного возраста проводили его иммунизацию 5% взвесью эритроцитов барана в дозе 0,1 мл. В сроки от 5 до 30 суток после иммунизации забирали агрегированные лимфоидные узелки тонкой кишки. Материал фиксировали в жидкости Карнуа и заливали в парафин. На выявление общей картины изменений срезы окрашивали гематоксилином и эозином и по Ван Гизону, а также импрегнировали AgNO3 по Гомори с целью изучения ретикулярного каркаса. Проводили также морфометрию структурно-функциональных зон лимфоидных образований и подсчитывали в них различные клеточные формы на 1000 клеток. Статистическую обработку проводили с использованием t-критерия Стьюдента при помощи стандартного пакета статистических программ Windows 2003 (StatSoft 6.0). Различия полученных данных считали достоверными при уровне значимости р < 0,05. Результаты У интактных животных лимфоидные бляшки в основном состояли из 3-5 узелков. Высота узелков, включающих центр размножения, мантийную зону, корону и основание составляла 313,86±4,79 мкм, а ширина – 374,16±3,88 мкм. Высота куполов бляшек достигала 117,66±2,93 мкм, ширина межузелковых зон – 86,92±2,64 мкм. Центры размножения встречались только в некоторых узелках и содержали бластные клетки, большие и средние лимфоциты, стромальные клетки и макрофаги. В мантийной зоне и короне узелков 239

определялись в основном малые лимфоциты, небольшое число средних лимфоцитов, стромальных клеток и макрофагов. Эпителиальные клетки куполов имели кубическую форму, были инфильтрированы лимфоцитами и макрофагами. В лимфоидной ткани куполов определялись плазматические клетки. Наибольшее их число, а также макрофагов и стромальных клеток содержалось в межузелковых зонах. При импрегнации AgNO3 выявлялась нежная сеть из ретикулярных волокон вокруг узелков и тонкие волокна с радиальной направленностью внутри их. Более толстыми ретикулярные и коллагеновые волокна были в межузелковых зонах. У мышей 3-й группы с 5-х суток после введения антигена наблюдалось увеличение размеров различных структурно-функциональных зон организованной лимфоидной ткани кишки, достигавших максимальных значений на 7-е сутки. В частности, высота узелков, по отношению к интактным животным, была 621,08±7,18 мкм (p<0,001), ширина – 595,72±10,28 мкм (p<0,001), высота куполов – 305,28±3,96 мкм (p<0,001), ширина межузелковых зон – 286,32±4,40 мкм (p<0,001). Все узелки имели центры размножения, в них возрастало количество бластных клеток, макрофагов с фагоцитированным материалом, гипертрофирующихся стромальных клеток. В этой группе наиболее широкими были мантия и корона узелков. Определялась максимальная инфильтрация эпителия куполов лимфоцитами и макрофагами. Резко возрастало число плазматических клеток в лимфоидной ткани куполов. Максимально увеличивалось число плазмоцитов, макрофагов и стромальных клеток в межузелковых зонах. У животных 2-й группы с 5-х суток после иммунизации в агрегированных лимфоидных узелках также происходило увеличение зон, как и в 3-й группе, но эти процессы были растянуты по времени до 10 суток. Высота узелков составляла 534,24±7,19 мкм (p<0,001), ширина – 498,20±4,74 мкм (p<0,001), высота куполов – 243,64±4,65 мкм (p<0,001), ширина межузелковых зон – 254,32±4,74 мкм (p<0,001). На 10-е сутки практически все узелки имели центры размножения. В то же время у мышей этой группы, в сравнении с 3-й, в центрах размножения было меньше бластных клеток, макрофагов с фагоцитированным материалом и гипертрофированных стромальных клеток. Уже была мантия и корона узелков и в меньшей степени отмечалась инфильтрация эпителия лимфоцитами. Уменьшалось количество плазматических клеток в лимфоидной ткани куполов, а также число плазмоцитов, макрофагов и стромальных клеток в межузелковых зонах. У мышей 1-й группы, как в 3-й и 2-й группах, с 5-х суток после иммунизации тенденция к увеличению структурно-функциональных зон сохранялась, но до 14-х суток. Высота узелков равнялась 460,04±2,23 мкм (p<0,001), ширина – 432,20±4,81 мкм (p<0,001), высота куполов – 212,00±4,74 мкм (p<0,001), ширина межузелковых зон – 218,36±6,36 мкм (p<0,001). На 14-е сутки не все узелки имели центры размножения. В них еще меньше было бластных клеток, макрофагов с фагоцитированным материалом и гипертрофированных стромальных клеток. Слабее были выражены мантия и 240

корона лимфоидных узелков. Эпителий куполов содержал незначительное количество лимфоцитов. В сравнении с 3-й и 2-й группами, количество плазматических клеток в лимфоидной ткани куполов было незначительным, уменьшалось число плазмоцитов, макрофагов и стромальных клеток в межузелковых зонах. Превалировали сосудистые нарушения, отек лимфоидной ткани агрегированных лимфоидных узелков. Отмечалось большее количество деструктивно измененных клеток и клеточного детрита. Заключение Таким образом, экспериментальные исследования показали, что после антигенного воздействия структурные изменения в агрегированных лимфоидных узелках тонкой кишки являются наиболее заметными в 3-й группе; во 2-й группе они промежуточные, а в 1-й группе – самые незначительные (по степени их выраженности). К тому же, пик этих изменений в 3-й группе приходится на 7-е сутки, во 2-й – на 10-е и в 1-й – только на 14-е сутки. На основании полученных данных можно сделать вывод о снижении иммунореактивности лимфоидной ткани тонкой кишки у первого поколения мышей. Однако степень выраженности изменений зависит от величины примененной дозы ионизирующей радиации при облучении родительских пар. Литература 1. Пономарева Т.В. О повреждении пейеровых бляшек при внутреннем и внешнем облучении / Т.В Пономарева // Арх. анат., гист. и эмбриол. – 1970. – № 9. – С. 69-75.

2. Сапин М.Р. Иммунные структуры пищеварительного тракта. (Функциональная анатомия) / М.Р. Сапин. – М.: Мед. – 1987. – 224 с.

3. Туманов А.В. Развитие вторичных лимфоидных органов / А.В. Туманов // Иммунология. – 2004. – № 2. – С. 120-128.

4. Heel K.A. Rewiew: Peyer’s patches / K.A. Heel, R.D. McCauley, Papadimitriou, J.C. Hall // J. Gastraenterol Hepatol. – 1997 feb, –Vol. 12 (2). – P. 122-136.

5. Langkamp-Henken B. Immunological structure and function of the gastrointestinal tract / B. Langkamp-Henken, J.A. Glazer, K.A. Kudsk // Nutr. Clin.

Pract. – 1992. – № 7. – P. 100-108.

241

Некрасова С.О.*, Барне А.Ж.** ЭФФЕКТ ОТ ВНЕСЕНИЯ СУБСТРАТА С ЖИВЫМИ LUMBRICINA ПОД СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ РАСТЕНИЯ *ООО НПП «АстВермитехнологияПлюс», Астрахань, Россия ** ИПЭЭ РАН, Москва, Россия Nekrasova S.O.*, Barne A.Zh.** THE EFFECT OF MAKING THE SUBSTRATE WITH THE LIVING LUMBRICINA FOR AGRICULTURAL PLANTS *LLC SPE "AstVermitehnologiyaPlyus", Astrakhan, Russia **A.N. Severtsov Institute of Ecology and Evolution RAS, Moscow, Russia Для получения стабильного урожая в районах рискованного земледелия необходимо повышать плодородие почвы с использованием экологически чистых технологий. Одной из них является внесение субстрата с живыми земляными или дождевыми червями (Lumbricina) под сельскохозяйственные культуры. Однако интродукция промышленной вермикультуры под сельскохозяйственные растения до настоящего времени изучена недостаточно. Целью настоящей работы являлось определение эффекта внесения субстрата с живыми Lumbricina под сельскохозяйственные растения для повышения темпа роста культур без изменения основной технологи их выращивания. Субстрат с живыми Lumbricina был произведен на ООО НПП «АстВермитехнологияПлюс». Закладка первичного субстрата проведена в октябре 2010 г. в разработанном на предприятии модуле [1]. Объектом исследования выбрана ранняя капуста. Растения использовали из одного высева. Выращивание ранней капусты проводили в индустриальных условиях, в открытом грунте, по традиционной технологии под капельным орошением с добавкой минеральных удобрений. Исследования включали в себя контроль и опыт. Каждый из вариантов проводили на 8,8 погонных метрах оросительной системы (53 растения). Выбор экспериментальных рядов на поле был сделан произвольно. Контролем служил ряд растений, выращиваемых по традиционной технологии без внесения субстрата с живыми Lumbricina. В опыте внесение субстрата с живыми Lumbricina проведено внесение непосредственно под корень растений. Условия выращивания ранней капусты во всех вариантах были одинаковыми. Внесение субстрата с живыми Lumbricina провели на 32-е сутки после выхода с зимовки вермикультуры и на 15-е сутки после высадки ранней капусты в открытый грунт в естественно увлажненную почву. В связи с отсутствием норм внесения субстрата с живыми Lumbricina под сельскохозяйственные растения и для обеспечения более комфортных условий жизнедеятельности живых Lumbricina, под одно растение было внесено по 340г субстрата с вермикультурой. Контролем служили 53 растения из параллельного ряда, выращиваемых без внесения вермикультуры.

242

После созревания капусты, в конце выращивания был проведен анализ продуктивности выращивания в контроле и опыте. Определена экономическая эффективность внесения субстрата с живыми Lumbricina в почву при выращивании ранней капусты. Сбор ранней капусты проводили вручную. Капусту срезали по традиционной технологии ножом, взвешивали кочаны на электронных весах HD-301 с точностью 1,0 г. Время выращивания ранней капусты в открытом грунте составило 69 суток. В процессе выращивания существенных отличий между растениями в различных вариантах эксперимента не выявлено. После внесение субстрата под корень в опыте погибло одно растение. В дальнейшем гибели растений не зафиксировано. При сборе урожая в контроле был зафиксирован только что завязавшийся кочан поздней капусты. Его оставили на доращивание и его массу не учли. При проведении наблюдений на 198-е сутки с момента высадки в грунт данный кочан не созрел из–за недостаточности полива. Поэтому в массе собранного урожая был зафиксирован вес 52 кочанов, как в контроле, так и в опыте. Вариабельность массы кочанов ранней капусты колебалась в контроле от 1,06 до 0,43 кг, в опыте от 2,03 до 0,32 кг. Гистограмма распределения массы выращенных кочанов показана на рисунке. Средняя масса выращенных кочанов в контроле была 1,04 кг, в опыте – 1,32 кг. Общая масса полученного урожая составила в контроле 55,1 в опыте 68,8 кг. Таким образом, эффект от внесения субстрата с живыми Lumbricina в почву под сельскохозяйственные растения заключается в снижении количества растений с низкой массой кочанов и, соответственно, увеличении количества растений с высокой навеской. Внесение живой вермикультуры под растения в условиях аридного земледелия повысило урожайность ранней капусты практически на 25 %. Процент кочанов, %

60

30

0 320-1000

1001-1500

1501-2026

Масса кочанов, г. контроль

опыт

Рис. Распределение массы кочанов ранней капусты в зависимости от варианта эксперимента Работа поддержана Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. Проект 11473.

243

Литература 1. Ефимов С.А., Некрасова С.О. Модуль для выращивания вермикультуры в зимних условиях // патент РФ на полезную модель № 104176 приоритет от 03.12.2010 г., зарегистрирован 10.05.2011г.

Некрасова С.О. ВАРИАНТ АВТОМАТИЗАЦИИ ОТБОРА ДОЖДЕВЫХ ЧЕРВЕЙ ООО НПП «АстВермитехнологияПлюс», Астрахань, Россия Nekrasova S.O. OPTION AUTOMATION SELECTION OF LUMBRICINA LLC SPE "AstVermitehnologiyaPlyus", Astrakhan, Russia Вы хотите узнать, если у вас на участке дождевые черви (Lumbricinа), – просто выкопайте ямку, положите перегнивший навоз, хорошенько полейте и через несколько часов при просмотре смоченного субстрата определите – есть (при условии, что у вас экологически чистая земля). Как черви определяют, что появились корм и влага? Почва не вода – сложнее передается жизненно важная для биологического организма информация. В настоящее время точно не определено, на что конкретно реагируют дождевые черви при поиске пищи или определении своего местоположения в пространстве. Что они сканируют в окружающем пространстве, поднимаясь над поверхностью? Почему один субстрат им не нравится, а в другом скапливается вся исследуемая популяция? В технологии отбора дождевых червей из субстрата принципиально мало что изменилось. Главным принципом отбора является наличие человека, как при отборе на новый корм – необходимо внести новый корм, так и при отделении от субстрата в сепараторах или на сушильных столах – надо отобрать субстрат с червями [1]. Специалисты ООО НПП «АстВермитехнологияПлюс» предлагают более щадящий способ отбора вермикультуры. Особей собирают непосредственно с корма [2]. Для этого разработана специальная кормушка и поддон для накопления животных, но это не принципиальное инновационное решение данной проблемы. Если предположить, что дождевые черви реагируют на разность электрических потенциалов, которые образуются в почве при химическом распаде органических веществ, то отбор дождевых червей станет несколько иным. К примеру, несколько электродов в почву или, в индустриальных условиях, в субстрат с вермикультурой, и черви выползают на поверхность или на подставку для сбора биологических объектов. Если принять во внимание общие постулаты развития жизни на Земле, определенные в прошлом веке В.В. Васнецовым [3] и П.К. Анохиным [4] которые отмечали, что животные проходят в течение жизни, начиная с оплодотворения 244

яйца, через ряд следующих друг за другом этапов развития. В начале этапа изменения идут постепенно и только на границе этапа происходят быстрые скачкообразные изменения, наступает новый этап, по-новому уже приспособленный к новой среде, с новыми потребностями, т.е. с новой биологией. Такие этапы сменяются в течение всей жизни любого животного на планете Земля до самой её смерти. Станет возможным предположить, что дождевые черви на различных этапах онтогенеза реагируют на электричество неодинаково. Значит, становится возможным управление поведением вермикультуры в процессе выращивания. Можно будет отбирать дождевых червей с заданной массой или на разных этапах развития (особей только что вышедших из коконов, с сформированными коконами, только что отложившими кокон и т.д.). Это вполне реальный вариант автоматизации вермикультивирования, ведь для многих, особенно водных, животных электросенсорная система используется для обнаружения добычи или конспецификов на коротких или средних дистанциях, а также для ориентации на длинных расстояниях. Исследования пассивного электрорецептивного восприятия электрических полей животного и неживотного происхождения биообъектами показали, что последние более чувствительны к источникам, модулирующим электрополя в пределах нескольких герц. Так, исследование свойств электросенсорной системы рыб показало, что темп разрядов электросенсорных нейронов ствола мозга отражает первую производную стимула, т.е. степень изменения интенсивности электрического поля [5-9]. Таким образом, необходимо исследовать воздействие электрических полей на дождевых червей, определить степень изменения их поведения и последствия, оказываемые на темп роста популяции вермикультуры. Литература 1.Бызова Ю.Б., Гиляров М.С., Дунгер В., Захаров А.А., Козловская Л.С., Корганова Г.А., Мазанцева Г.П., Мелецис В.П., Прассе Й., Пузаченко Ю.Г., Рыбалов Л.Б., Стриганова Б.Р. Качественные методы в почвенной зоологии. М.: Наука, 1987. - 288 с.

2. Некрасова С.О., Ефимов С.А., Гордеев И.К. Модуль для выращивания вермикультуры с получением биогумуса, преимущественно в южных засушливых районах // патент РФ на полезную модель №102291, 27.02.2011.

3. Васнецов В.В. О морфологии // Зоологический журнал, 1953, т. XXXII, вып. 6. – С. 1046-1051.

4. Анохин П.К. Биология и нейрофизиология условного рефлекса. - М.: «Медицина», 1968. - 547 с.

5. Данюлите Г.П., Малюкина Г.А. Исследование физиологического механизма действия постоянного электрического тока на рыб // Поведение и рецепция рыб. - М.: Наука, 1967. – С. 56-62.

6. Басов Б.М. Влияние электрического поля низких частот на поведение осетровых рыб // Поведение рыб. Тез. докл. Всесоюз. совещ. 20-24 ноября 1989. М.: Пищ. пр-ть, 1989. – С. 147.

245

7. Russell D.F., Wilkens L.A., Moss F. Use of behavioral stochastic resonance by paddle fish for feeding // Nature (Gr. Brit.), 1999, 402, № 6759. – Р. 291-294.

8. Hofmann M.H., Falk M., Wilkens L.A. Electro sensory brain stem neurons compute the time derivative of electric fields in the paddlefish // Fluctuat. And Noise Lett., 2004, 4, № 1. – Р. L129-L138.

9. http://elementy.ru/lib/431456 Нестеренко Ю.М., Бондаренко И.И., Влацкий В.В., Захлевная М.В., Мартиросян И.Х., Сумцова Т.Ю. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ОРЕНБУРЖЬЯ Отдел геоэкологии Оренбургского научного центра УрО РАН, Оренбург, Россия Nesterenko, Y.M., Bondarenko I.I., Vlatsky V. V., Zakhlevnaya M.V., Martirosyan I.H., Sumtsova T.Y. FEATURES FORMATION OF WATER RESOURCES OF ORENBURG REGION Department of Geoecology Orenburg Scientific Center, Ural Branch of RAS, Orenburg, Russia Оренбуржье находится в степной зоне, отличительным признаком которой является превышение испаряемости над выпадающими атмосферными осадками. Коэффициент увлажнения (Кувл) на севере области составляет 0.7, а на юге снижается до 0.3. Природные ресурсы лежат в основе развития Оренбуржья, и особое место среди них занимает вода. Ее дефицит определяет стратегические направления производства в сельском хозяйстве и в промышленности, их темпы, объемы и характер продукции. Малая обводненность территории формирует засухоустойчивые биоценозы с малой хозяйственной продуктивностью. Объективный закон «минимума» определяет преобладающее значение фактора, находящегося в наименьшем недостаточном количестве, в данном случае, осадков. Так, коэффициент корелляции урожайности основной культуры области пшеницы с атмосферными осадками равен 0.8. Численность населения в маловодных южных районах области значительно меньше, чем в более обеспеченных водой; развитие городов, объемы производства и его виды также зависят от водных ресурсов. Между тем, эффективность их использования в области низка. На пахотных землях на создание продукции используется лишь 30-35% атмосферных осадков, остальные, так или иначе, теряются. Развитие промышленности, рекреационные условия жизни населения лимитируются маловодностью рек в летне-осенне-зимние периоды, на которые приходится лишь около 14% их годового стока. Остальные 86% проходят весенними, часто разрушительными, паводками. Антропогенная нагрузка на реки в маловодные периоды близка к 246

предельно допустимой, а в ряде случаев превышает ее. Дефицит природных вод обусловил высокий уровень нагрузки на них. В результате, наблюдается обмеление рек и ухудшение качества их вод. Оренбуржье имеет высокий уровень развития промышленности и сельскохозяйственного освоения территории и, в связи с этим, испытывает двойной пресс антропогенного воздействия на природу: воздействие промышленных зон, тяготеющих к городам, которые занимают около 2% территории региона, и деятельность на сельскохозяйственных землях, занимающих около 90% территории Южного Урала. Интенсивность антропогенного воздействия на единицу площади, используемой в сельском хозяйстве, меньше, чем в промышленности. Но, в расчете на всю площадь используемых земель, сельскохозяйственные нагрузки значительно превышают промышленные. Сельскохозяйственное землепользование на Южном Урале привело к изменению водно-физических свойств и качества почвы. Следствием этого стали изменения в балансе вод зоны активного водообмена и их качестве. Изменения в природных водах повлекли за собой изменения в процессах, идущих в верхней части земной коры, в эволюции растительности, почв, грунтов, в экологии и в природопользовании. Территория региона и его степи по ряду показателей необратимо изменены и деградируют. Исследования антропогенных изменений в весеннем поверхностном стоке рек в Оренбуржья свидетельствуют о его изменчивости в зависимости от интенсивности распашки территории и, особенно, от площади зяби (осенняя вспашка) на водосборе, изменяющей инфильтрационные возможности верхних 20-30 см почвенного покрова. В зависимости от развития производительных сил в селе, их энерговооруженности и достижений науки, в земледелии Оренбуржья можно выделить пять крупных периодов по влиянию сельского хозяйства на поверхностный сток.

I. Довоенный период (1936-1941 годы). Характеризуется утверждением травопольной системы земледелия, при которой значительную часть пахотных земель занимали многолетние травы, а на остальной части, в зависимости от технических возможностей, поднималась зябь или проводилась весновспашка. Общая площадь пахотных земель области составляла 3.6 млн. га. (29% от общей площади региона).

II. Период Великой Отечественной войны и послевоенного восстановления хозяйства (1941-1954 годы). В силу сложившихся обстоятельств, он характеризуется снижением культуры земледелия, выразившегося в уменьшении площади зяби и увеличении весновспашки. Значительные площади пахотных земель были заняты многолетними травами. Общая площадь пахотных земель в 1950 году составляла 3.6 млн. га, а в 1953 году – 4.2 млн. га. (34%).

III. Период подъема целинных земель и перехода на современные (интенсивные) системы земледелия (1954-1965 годы) характеризуется значительным увеличением площади пахотных земель, резким сокращением на 247

них в конце периода доли многолетних трав, постепенным переходом практически на всей их площади от весновспашки на подъем зяби, интенсификацией снегозадержания и других агротехнических работ, направленных на увеличение запасов влаги в активном слое пахотных земель за счет зимних осадков. Общая площадь пахотных земель в конце периода составила 6.4 млн. га. (52%).

IV. Период стабилизированной системы землепользования (1966-1985) отличается отсутствием значительных изменений в землепользовании; идет лишь совершенствование систем земледелия и повышение его культуры. Со второй половины семидесятых годов увеличиваются площади под озимыми культурами и многолетними травами. В восточных районах области в целях борьбы с ветровой эрозией почв площадь пахотных земель сократилась на 15% и внедрялась минимальная (нулевая) их обработка. Площадь пахотных земель области уменьшилась до 6.1 млн. га. (50%).

V. Период перестройки социальных и экономических взаимоотношений в селе и связанных с ними значительных изменений в системах землепользования и культуре земледелия. С 1986 года идет бессистемное уменьшение площади пашни с большими колебаниями ее по годам и значительным снижением культуры землепользования.

VI. Период формирования рыночных отношений в сельскохозяйственной деятельности. Таблица. Динамика изменений поверхностного стока талых вод с водосборов рек, в среднем по расчетным периодам, в зависимости от доли зяби на них в центральной зоне Оренбургской области Годы, период % зяби на Осадки Поверхностн Коэффициен в земледелии водосборе зимние, мм ый сток, мм т стока 1936-1941, I 12 91 47 0.52 1942-1945, II 5 116 86 0.74 1946-1954, II 12 129 68 0.53 1955-1965, III 20 154 58 0.38 1966-1975, IV 52 133 35 0.25 1976-1985,V 56 130 34 0.26 1986-1990, V 53 161 49 0.30 1991-1995, V 36 165 78 0.48 2001-2005, VI 10 170 84 0,49 2006-2010, VI 16 165 58 0,35 В результате изменений в сельскохозяйственном землепользовании трансформировался естественный режим речного стока: выросли паводки, и уменьшился меженный сток. Изменение режима речного стока обусловило ухудшение условий для ихтиофауны, и увеличился дефицит водных ресурсов в меженный период для хозяйственной деятельности человека.

248

Учитывая, что водная компонента для Оренбуржья является системообразущей, необходимость водного обустройства территорий районов и области в целом для улучшения качества среды обитания для человека и развития природы давно назрела. Целесообразно задержать паводковый сток в водохранилищах и осуществлять управляемый его сброс в вододефицитный меженный период. Повышение эффективности использования водных ресурсов создаст условия для роста производства и повысит привлекательность региона для населения. В водном балансе Оренбуржья приходные статьи составляют в среднем 3 44 км в год, в том числе, 3.5 км3 – это приток речных вод извне, и около 41 км3 составляют атмосферные осадки на территории области. Основной расходной статьей водного баланса области является испарение, на которое приходится около 80% годовой суммы атмосферных осадков, а на речной сток – 20%. В стоке рек Оренбуржья на их питание подземными водами приходится 15-25% и на питание за счет поверхностного стока талых и ливневых вод – остальные 75-85%. Как показали наблюдения в бассейнах рек Б. Кинель и Самара, минимальные величины инфильтрационного питания подземных вод осадками (15-20 мм/год) наблюдались в годы, когда доля зяби на водосборах составляла 5-12%, а максимальные (33-37 мм/год) - когда зяблевой вспашкой были охвачены 54-56% земель. Коэффициент корреляции между долей осадков, идущих на питание подземных вод, и долей зяби на водосборе этих рек составляет 0.63-0.74. Накопление талых вод на пахотных землях за счет зяблевой вспашки увеличивает питание подземных вод в сравнении с выбитой целиной в среднем в 1.5 раза. На выбитой целине, за счет перепаса скотом и уплотнения почв, питание подземных вод значительно меньше, чем на невыбитой, имеющей дернину. Коэффициент питания подземных вод талыми водами на невыбитой целине составляет 0.27, а на выбитой он уменьшается до 0.13 за счет роста поверхностного стока с 0.07 до 0.30.

Пичугин Ю.И. ПРОБЛЕМЫ КРИОСОХРАНЕНИЯ МОЗГА И МОЗГОВОЙ ТКАНИ ЖИВОТНЫХ ООО КриоРус, Москва, Россия PichuginYu.I. PROBLEMS IN CRYOPRESERVATION OF ANIMAL BRAINSAND CEREBRAL TISSUES KrioRusInc., Moscow, Russia

249

Уже показано, что холодовой анабиоз целого организма некоторых животных возможен. Так сибирский углозуб (Hynobius keyserlingi) может находиться в холодовом анабиозе сотню, а, может быть, и тысячу лет, с полным спонтанным восстановлением функций организма, включая нормальную работу мозга [1]. Это яркий пример природного криосохранения. Но не все организмы, даже среди земноводных, способны к такому естественному анабиозу. Зимой в организме углозуба накапливается глицерин до 17% от веса тела. Он синтезируется из гликогена печени. Глицерин предохраняет клетки организма углозуба от замерзания [2]. Биология человеческого мозга очень значительно отличается от биологии мозга углозуба. Человеческий мозг, как и мозги других теплокровных негибернирующих животных, не способен полностью восстанавливать свою функцию даже после его гипотермии ниже +29°С. При этом наблюдаются неврологические расстройства. Гибернирующие же животные способны полностью восстанавливать свою мозговую активность при охлаждении до 0°С. Тем не менее, японские учёные ещё в 1966 году продемонстрировали замораживание изолированного мозга кошки с сохранением биоэлектрической активности [3]. Для защиты клеток от замораживания использовался природный криопротектор глицерин в конечной концентрации 15%. Замороженный мозг кошки хранился при -20°С от 45 до 203 дней. ЭЭГ деконсервированного мозга была близкой нормальной ЭЭГ. Видоизменённая биоэлектрическая активность деконсервированного кошачьего мозга наблюдалась при хранении замороженного мозга в течение 777 дней и даже 7,25 лет [4]. Ни одному учёному не удалось успешно повторить эти опыты. Возможно секрет успеха японских учёных заключается в том, что необходимо правильно, очень медленно охлаждать глицеринизированный мозг до -20°С так, чтобы лёд образовывался только вне, но не внутри клеток. Криобиологи давно уже доказали, что образование внутриклеточного льда убивает клетки. Если замороженных углозубов охладить не до -30°С, а до -50°С, когда произойдёт внутриклеточная кристаллизация льда, то они погибают. С 1985 года прогресс в криосохранении тканей и целых органов возрос благодаря открытию витрификационного метода криоконсервирования [5].Этот метод позволяет полностью избежать образования льда при охлаждении клеток и тканей до -196°С. Наиболее значительным достижением в этой области криобиологии является криосохранение почки кролика, которая жила 9 дней после её трансплантации [6]. Основная проблема витрификационного метода для криосохранения органов заключается в том, что для полного устранения кристаллизации льда требуются высокие концентрации смесей криопротекторов – от 55% и выше. Такие концентрации оказывают токсическое действие на клетки органов. Это проблема до сих пор не решена. Тем не менее, витрификационный метод успешно применяется для криосохранения небольших по размерам кусочков ткани, например, артерий. Для таких объектов можно создать высокие скорости охлаждения и отогревания (выше 20°С в минуту) и, тем самым, снизить концентрацию криопротекторов 250

(ниже 55%) до нетоксических уровней. Таким способом удалось успешно сохранить даже такую легкоранимую ткань как нервная ткань [7]. Однако в этих экспериментах применялся только калиево-натриевый тест для оценки жизнеспособности срезов гиппокампа крыс. Хотя дополнительно были представлены фотографии электронно-микроскопических препаратов с хорошей сохранностью тонкой структуры клеток нервной ткани. В начале 2012 года нами, совместно с лабораторий экспериментальной нейробиологии Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН, проведены опыты по криосохранению срезов гиппокампа крыс с применением регистрации биоэлектрической активности. Гиппокамп является одной из наиболее важных структур мозга, участвующих в процессах обучения и памяти. Повреждение гиппокампа нарушает кратковременную память и делает невозможным консолидацию новой информации. Для витрификации срезов гиппокампа была использована 48% витрификационная смесь, состоящая из 36% этиленгликоля и 12% диметилсульфоксида. Эта смесь криопротекторов была выбрана на основании предыдущих опытов [7]. Согласно калиево-натриевому тесту, применение этой смеси давало 100% выживаемость срезов гиппокампа крыс после их криосохранения. Увеличение концентрации криопротекторов в этой среде приводило к увеличению токсичности, а уменьшение концентрации – к невозможности осуществить успешную витрификацию срезов по стандартной методике охлаждения–нагревания. Регистрация биоэлектрической активности срезов после инкубации с 48% смесью криопротекторов показала, что срезы могут стабильно жить в течение обычного времени переживания срезов гиппокампа крыс. Однако амплитуда популяционных спайков этих срезов составляла, в среднем, 50% от амплитуды контрольных срезов. Возможно, что и остальные нейроны в срезе живы, если калиево-натриевый тест показывает 100% выживаемость, но некоторые нейроны не могут полноценно проводить электрические импульсы из-за нарушений в синапсах. Это может снижать амплитуды популяционных спайков. Общепринятым считается, что самым чувствительным местом нервных клеток являются их синапсы, и при какихлибо негативных воздействий на нервную ткань страдают, прежде всего, они. Популяционные спайки, в отличие от калиево-натриевого теста, отражают функциональные состояния синапсов, и поэтому являются более чувствительным тестом на нормальное функционирование нервной ткани. Мы считаем, что можно намного улучшить результаты криосохранения срезов гиппокампа, снижая токсичность витрификационной смеси путем понижения концентрации криопротекторов в ней, но тогда нужно будет применять новую методику более быстрого охлаждения–нагревания. Такая методика найдена, и появилась возможность добиться большей выживаемости мозговых срезов после их витрификации по тесту регистрации популяционных спайков и, возможно, даже получить длительную потенциацию. При переходе от витрификации тонких срезов мозговой ткани квитрификации целого мозга возникают дополнительные проблемы. Главная 251

проблема в том, что невозможно было получить высокие скорости охлаждения– отогревания для голов крыс, поэтому приходилось увеличивать концентрации криопротекторов (выше 55%) для того, чтобы получить стабильную витрификацию. Не менее важной проблемой оказалось то, что даже наилучшие витрификационные смеси плохо проникали через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), вызывая при этом сильное обезвоживание мозга (до 70%), которое приводило к резкому снижению выживаемости мозговой ткани после криоконсервирования. Этой проблемы не было для тонких мозговых срезов, так как криопротекторы свободно проникали в них простой диффузией, а не через кровеносные сосуды, как это бывает при перфузии целого мозга. Проблема сильного сжатия мозга при криопротекторной перфузии была решена с помощью применения определенных соединений, названных модификаторами гематоэнцефалического барьера или ГЭБ модификаторами. Эта была пионерская работа, и впервые в мире нам удалось добиться 70% выживаемости мозговой ткани после витрификации целого мозга крыс. Наилучшее методы криоконсервирования целого мозга крыс без применения ГЭБ модификаторов могли дать только 10-20% выживаемость мозговой ткани. Сами ГЭБ модификаторы не обладают выраженным токсическим действием. Можно привести ещё пример высокой эффективности ГЭБ модификаторов. 35% этиленгликоль, при определенных условиях, нетоксичен для мозговых срезов крыс. Они могут выживать на 100% после экспозиции с этиленгликолем при 0°С. Однако выживаемость мозговой ткани падает до 40%, если перфузировать целый мозг крыс при той же температуре, в результате сильного обезвоживания мозга. Но, если при перфузии применялись ГЭБ модификаторы, и мозг не обезвоживался, то выживаемость мозговой ткани была 100%, как в случае с мозговыми срезами. Открытый нами способ криосохранения целого мозга крыс с применением ГЭБ модификаторов позволит, в перспективе, получить до 90% выживаемости мозга крыс согласно калиево-натриевому тесту. Литература 1. Щербак Н.Н., Ковалюх Н.Н. О возрасте живого земноводного из ископаемого льда // Докл. АН СССР.—1973.—Т. 211, N 4.—С. 1003-1004.

2. Берман Д.И., Лейрих А.Н., Михайлова Е.И. О зимовке сибирского углозуба Hynobius keyserlingi на Верхней Колыме // Ж. эвол. биох. и физиол.—1984. —Т.

20, N 3. —С. 323-327.

2. Suda I., Kito K., Adachi C. Viability of long term frozen cat brain in vitro // Nature. — 1966 — Vol. 212, N 59 — P.268–270.

3. Suda I., Kito K., Adachi C.Bioelectric discharges of isolated cat brain after revival from years of frozen //Brain Res. — 1974 — Vol. 70, N 3 — P. 527–531.

4. Rall W.F., Fahy G.M. Ice-free cryopreservation of mouse embryos at −196°C by vitrification // Nature. — 1985 — Vol. 313, N 6003 — P. 573–575.

5. Fahy G.M., Wowk B., Pagotan R., et al. Physical and biological aspects of renal vitrification // Organogenesis. — 2009 — Vol. 5, N 3 — P. 167–175.

252

6. Pichugin Y., Fahy G.M., Morin R. Cryopreservation of rat hippocampal slices by vitrification // Cryobiology. — 2006. — Vol. 52, N 2 — P 228-240.

Трещева Н.А., Горячев В.А. РАДИОКОБАЛЬТ В ТКАНЯХ ПРИМОРСКОГО ГРЕБЕШКА MIZUHOPECTEN YESSOENSIS В Б.ЧАЖМА ЯПОНСКОГО МОРЯ Тихоокеанский океанологический институт им. Ильичева, Владивосток, Россия Treshcheva N.A., Goryachev V.A. RADIOCOBALT IN TISSUES OF SCALLOP MIZUHOPECTEN YESSOENSIS IN THE CHAZHMA BAY THE SEA OF JAPAN V.I.Il`ichev Pacific Oceanological Institute, Vladivostok, Russia Поступление в воды Мирового океана высокоактивных радиоактивных отходов было сокращено после подписания конвенции 1975 г. по предотвращению загрязнения морей, однако сброс низкорадиоактивных отходов, разрешенный Международным агентством по атомной энергии, и неподчинение отдельных стран вызывают опасения. Последние значительные поступления радиоизотопов в воды Мирового океана были в марте 2011 г. в результате аварии на атомной электростанции Фукусима-1 в Японии. На совещании Агентства ядерной и промышленной безопасности (NISA) сообщалось, что уровень радиоактивности морской воды в районе аварии превысил допустимый более чем в 4000 раз вследствие сброса и неконтролируемых утечек вод аварийных реакторов, загрязненных 131I, 134Cs, 137 Cs. По данным Токийской энергетической компании (TEPCO), концентрации 134 Cs и 137Cs стали снижаться только спустя 4 месяца после аварии [1]. Радиоактивное загрязнение Мирового океана, несомненно, оказывает негативное влияние на трофические цепи. Так, накопление искусственных радионуклидов в морепродуктах, в конечном счете, создает угрозу радиоактивного облучения для людей, употребляющих их в пищу. Особенно эта проблема актуальна для морей с высокой биологической продуктивностью, в которых активно ведется промысел, и для прибрежных акваторий, где организованы марикультурные хозяйства, и существует потенциальная угроза радиоактивного загрязнения: заводы по обслуживанию, ремонту и утилизации атомных подводных лодок (АПЛ), надводных военных и гражданских судов с ядерными энергетическими установками, атомные электростанции (АЭС) и др. Таким образом, радиоактивное загрязнение может влиять на экономику рыбодобывающих стран. Результаты работ, проведенных Такими Морита с коллегами в период с 1997 по 2000 гг., где минтай (Theragra chalcogramma) использовался в качестве 253

биоиндикатора 137Cs, показали, что накопление этого радиоизотопа в изучаемой рыбе не зависит от размеров особей, а, вероятно, определяется его концентрацией в водах района обитания популяции, следовательно, изучение аккумуляции 137Cs минтаем различных популяций позволяет наблюдать за радиоактивной обстановкой отдаленных участков Японского моря благодаря миграции [2]. Результаты исследований накопления 137Cs в японском крабестригуне (Chionoecetes japonicus) и в крабе-стригуне опилио (Chionoecetes opilio) из Японского моря показали, что концентрация этого изотопа как в отдельных тканях, так и во всей массе, с глубиной отбора особей снижается. Эти виды обитают на глубине от 500 до 2700 м. Образцы японского крабастригуна были взяты с глубин от 256 до 425 м, второй вид краба более глубоководный, некоторые особи были извлечены с глубин около 1800 м [3]. Концентрация радионуклидов в морских организмах зависит от их концентрации в окружающей морской воде и в пище. С увеличением глубины средняя концентрация 137Cs в водах Японского моря снижается от 3,4±1,4 Бк/м3 в слое 0-200 м до 0,7±0,6 Бк/м3 глубже 1500 м [4]. В настоящей работе представлены результаты исследования загрязнения приморского гребешка 60Co, т.к. этот радионуклид был основным аварийным продуктом, выброшенным в окружающую среду во время ядерной аварии на атомной подводной лодке, произошедшей в августе 1985 г в б. Чажма (Японское море) [5]. После взрыва здесь образовался очаг долговременного радиоактивного загрязнения донных осадков за счет большого количества 60Со, выпавшего на дно в составе продуктов аварии. В одном из образцов донных осадков, отобранных осенью 1997 г в центре зоны аварии в слое 10-15 см, зарегистрирована концентрация 15∙106 Бк/кг [6]. По результатам исследований 2006 г. в поверхностном слое (1-2 см) донных отложений, концентрация 60Со меняется от 17∙104 до 8∙105 Бк/кг на расстоянии нескольких метров. В придонном слое воды концентрация 60Со при этом в зависимости от гидрологических условий может меняться от нескольких единиц до ~100 Бк/м3 [7]. Измерения 60 Со в материале, захваченном седиментационными ловушками, экспонировавшимися в центре зоны в придонном слое, показали слабый рост концентрации от лета к осени от 1350 до 1594 Бк/кг и резкое увеличение до 42300 Бк/кг зимой 2000-2001. Средняя концентрация взвешенного материала в воде 1,5 г/м3, при максимальной удельной активности, зафиксированной зимой 2000-2001 гг. в придонном слое, взвесь может обеспечить удельную активность морской воды до 157 Бк/м3 [6]. ТОИ ДВО РАН проводит мониторинг содержания 60Со в донных осадках, морской воде, взвешенном веществе этой акватории, начиная с 1996 г. Изучается влияние радиокобальта на гидробионты, в частности, на накопление этого радиоизотопа в тканях деликатесного двустворчатого моллюска приморского гребешка Mizuhopecten yessoensis. В 2004 г. были отобраны четыре взрослые особи (приблизительный возраст 6-9 лет) гребешка. Измерение удельной активности 60Со в моллюсках выполняли с отделением мягких тканей от раковины и разделением на органы. Ткани животных 254

подсушивали при температуре около 50°С, а затем озоляли при t=400°С. Их гамма-активность и радиоизотопный состав определялись на гаммаспектрометре с детектором из сверхчистого германия СЕМ150. Результаты измерений приведены в табл.1 в Бк/кг массы мокрого образца. Способность моллюсков аккумулировать радионуклиды оценивали по коэффициенту накопления (Кн), рассчитанному как отношение удельной активности радионуклида в тканях беспозвоночных (Бк/кг) к активности радионуклида в воде (Бк/л) мест их обитания. Табл. 1. Концентрация и коэффициенты накопления 60Co в различных тканях гребешка Mizuhopecten yessoensis Орган Концентрация К накопления при 60 Со, Бк/кг мокр. концентр 60Co в воде: 0,05 Бк/л 0,01 Бк/л Мускул 2.2 44.5 222.4 Гонады 5.1 102.0 510.2 Мантия 8.9 178.5 892.3 Жабры 11.2 223.7 1118.4 Железа 27.2 543.9 2719.7 (пищеварительная) Наиболее высокие концентрации 60Со, следовательно, и коэффициенты накопления были обнаружены в жабрах и пищеварительной железе гребешка. Это связанно с тем, что гребешки по способу питания являются детритофагамифильтраторами, и основной пищей для них служат взвешенные в воде частицы, которые без сортировки засасываются моллюском и затем пригодные для них в пищу частицы отделяются, а несъедобная минеральная взвесь и крупные частицы выводятся через выводной сифон. Например, гребешок размером 7 см за час может отфильтровать до 25 л воды [8]. Следовательно, гидробионт в зоне аварии подвергается влиянию 60Со, растворенного в воде и находящегося в составе взвешенного вещества. При средней концентрации 60Со 50 Бк/м3, растворенного в воде, моллюск прокачивает активность около 13 Бк/час и до 60 Бк/час в составе взвеси. Как отмечалось, в зоне аварии в придонной морской воде средняя концентрация взвеси – 1,5 г/м3, ее удельная активность – 130042300 Бк/кг [6]. Часть 60Со находится в составе органического вещества взвеси, служащего пищей. Таким образом, моллюски подвергаются двойному облучению: за счет фильтрации воды с радионуклидами в растворенном и взвешенном виде, а также в результате неподвижного образа жизни на загрязненных гамма-излучающих донных осадках. В первую очередь, это сказывается на непосредственно участвующих в фильтрации и питании органах (жабры и пищеварительная железа), другие органы подвергаются вторичному загрязнению в процессе обмена веществ. Концентрация 60Со в мускуле

255

относительно других тканей значительно ниже, однако коэффициент накопления в данном органе довольно высок 222.4 кг/л. При более высоких концентрациях радиокобальта в воде и более зрелом возрасте моллюска активность радионуклидов в тканях может увеличиваться и превысить допустимые нормы. На сегодняшний день в России не установлены ПДК для радионуклидов в морских организмах и даже в морской воде, но существуют пределы годового поступления радиоизотопов с пищей (ПГП (пища) Бк/год), для 60Со этот показатель составляет 3,74 Бк/год (НРБ 99/2009). В дальнейшем мы планируем продолжить наши исследования, чтобы понять, как изменяются концентрации различных радионуклидов в тканях приморского гребешка и других гидробионтов по мере их взросления. Важно определить, почему радионуклиды накапливаются в определенных тканях, например известно, что 90Sr аккумулируется в скелете организмов, т.к. является аналогом Ca и прочно откладывается в костях, панцирях. Для гребешка наиболее интересны данные, касающиеся особей старше 3-х лет, поскольку именно они попадают на потребительский рынок. Подобные исследования по определению активности радиоизотопов в морепродуктах имеют огромную практическую значимость и особенно важны для оценки экологической безопасности рыбной продукции, получаемой как при добыче в морях, так и при искусственном культивировании. Литература 1. http://www.tepco.co.jp/en/index-e.html 2. Morita T., Fujimoto K., Minamisako Y., Yoshida K. Detection of high concentrations of 137Cs in walleye pollock collected in the Japan Sea // Marine Pollution Bulletin. - 2007. V.54, P.1287–1306.

3. Takami Morita, Yoshihito Ohtsuka, Ken Fujimoto, Yoko Minamisako, Rika Iida, Masae Nakamura, Toshiharu Kayama. Concentrations of 137Cs, 90Sr, 108mAg, 239+240 Pu and atom ratio of 240Pu/239Pu in tanner crabs, Chionoecetes japonicus and Chionoecetes opilio collected around Japan // Marine Pollution Bulletin. – 2010.

V.60. P. 2311–2322.

4. Ito, T., Aramaki, T., Kitamura, T., Otosaka, S., Suzuki, T., Togawa, O., Kobayashi, T., Senjyu, T., Chaykovskaya, E.L., Karasev, E.V., Lishavskaya, T.S., Novichkov, V.P., Tkalin, A.V., Shcherbinin, A.F., Volkov, Y.N. Anthropogenic radionuclides in the Sea of Japan: their distributions and transport processes // J. Environ. Radioact - 2003. V.68. P.249–267.

5. Сивинцев Ю.В., Высоцкий В.Л., Данилян В.А. Радиоэкологические последсвия радиационной аварии на атомной подводной лодке в бухте Чажма // Атомная энергия. Т. 76. Вып. 2. 1994. С. 158 – 160.

6. Горячев В.А., Сергеев А.Ф., Сойфер В.Н.. Локальные источники радиоактивного загрязнения морской среды в прибрежной зоне залива Петра Великого // Состояние морских экосистем находящихся под влиянием речного стока. 2005. С. 246 – 258 256

7. Горячев В.А., Исаева А.А., В.Н. Сойфер Формы нахождения 60Co в верхнем слое донных отложений и во взвешенном веществе б.Чажма // Радиохимия. 2008. Т.50. №4. С.381 – 384 8. Матишов Д.Г., Матишов Г.Г. Радиационная экологическая океанология – Апатиты: изд. Кольского научного центра РАН, 2001. – 417 с.

Шушарин А.Г., Половинка М.П., Прохоренко В.М., Морозов В.В. УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБА ЛЕЧЕНИЯ АСЕПТИЧЕСКОГО НЕКРОЗА ГОЛОВКИ БЕДРЕННОЙ КОСТИ Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, Новосибирский НИИ травматологии и ортопедии Минздравсоцразвития, Новосибирск, Россия, Shusharin A.G. IMPROVEMENT OF THE METHOD OF TREATMENT AVASCULAR NECROSIS OF THE FEMORAL HEAD Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russia Асептический некроз головки бедренной кости (АНГБК) является прогрессирующим заболеванием, которое возникает вследствие нарушения кровотока в зоне эпифиза и некроза элементов костной ткани головки бедренной кости, сопровождается сильными болями и глубоким нарушением функций суставов. Диагностика начальной стадии АНГБК клинически чрезвычайно трудна. Боли в суставе непостоянны и имеют различную иррадиацию: в коленный сустав и в пояснично-крестцовый отдел позвоночника. Обратимая стадия АНГБК, лечение которой возможно безоперационным способом, характеризуется наличием очагов некроза определенной локализации в отсутствие глубокой деструкции кости, стадии «импрессионный перелом». Несмотря на внедрение новых высоких технологий в лечении АНГБК, полное восстановление головки бедренной кости, как правило, не достигается. Ранее нами был разработан комплексный подход к лечению АНГБК, включающий на ключевой стадии внутрисуставное введение перфторана прямой навигацией под УЗ-контролем [1, 2]. Перфторан (ПФ), известный как "голубая кровь", – плазмозамещающее средство на основе перфторорганических соединений, которое обладает ярко выраженной способностью осуществлять эффективный газообмен в ишемизированных тканях. Данные по введению ПФ в ТБС для лечения АНГБК в научной медицинской литературе отсутствовали, хотя именно в этом случае можно было ожидать восстановление кровообращения в ишемизированном суставе, что, как следствие, должно приводить к нормализации кровообращения в субхондральной ткани и стимулировать процессы регенерации в очагах АНГБК. Проведение повторных курсов инъекций ПФ в течение 1-2 лет и 257

более приводило к частичному или полному восстановлению костной структуры в очаге некроза [1, 2]. К недостаткам разработанного нами способа лечения АНГБК можно было отнести его недостаточную эффективность по восстановлению тканей головки бедренной кости. Хотя способ позволял замедлить развитие некроза, приводил к восстановлению субхондральной кости, он не купировал болевой синдром, приносящий больным значительные физические страдания, поэтому пациенты были вынуждены принимать анальгетики и противовоспалительные препараты в сроки лечения, протяженные во времени. Целью настоящего исследования являлось улучшение результатов лечения АНГБК на основе инъекций ПФ в полость сустава под УЗ-контролем. В исследовании 158 пациентам (112 женщин, 46 мужчин) были проведены курсы инъекций ПФ в сочетании с димексидом (ДМСО) для улучшения эффекта лечения АНГБК. Традиционно ДМСО широко применяют наружно для лечения ревматических артритов, подагры, бурситов, артритов, тендовагинитов. ДМСО является противовоспалительным препаратом, характеризуется довольно низкой токсичностью и высокой синергетической активностью, в ряде современных работ описано его применение при различных заболеваниях перорально и внутривенно [3]. Разработанная нами технология решает задачу повышения эффективности лечения АНГБК с применением ПФ [4], а именно, позволяет восстанавливать ткани головки бедренной кости, подвергшихся некрозу, в меньшие сроки и полностью купировать болевой синдром без анальгетиков и противовоспалительных препаратов. В результате проведенного лечения у 141 пациента (89%) боль и разрушение костной ткани были купированы уже после первого курса инъекций ПФ с ДМСО. У 89 пациентов (56%) по данным МРТ наблюдался АНГБК в стадии восстановления через шесть месяцев от начала лечения. Эффект лечения обеспечивается противовоспалительными и синергетическими свойствами ДМСО, усиливающими противоишемическую активность ПФ. Ни один из пациентов в сроки наблюдения 2 года не сообщил о каких-либо серьезных побочных эффектах проведенного лечения. Подобранное соотношение ПФ : ДМСО позволяет полностью купировать болевой синдром, что приводит к повышению качества жизни пациентов, и сокращает сроки лечения. Литература 1. Шушарин А.Г. и др. Опыт лечения асептического некроза головки бедренной кости перфтораном. //Вестн. НГУ. Серия: Биология, клиническая медицина, 2010. - Т. 8, № 2. - С. 127-129.

2. Патент РФ № 2426564. Опубликовано 20.08.2011, бюлл. № 23.

3. Н.А. Григорович, С.Ф. Дорофтиенко, Т.М. Григорович. Клиническое применение препарата димексид. Медицинские новости, 2009, №16.

4. Шушарин А.Г., Половинка М.П., Морозов В.В. Заявка на изобретение «Способ лечения асептического некроза головки бедренной кости» № 2012101919. Приоритет от 19.01.2012.

258

ГЛАВА 5. ДОБЫЧА, ПЕРЕРАБОТКА И ТРАНСПОРТИРОВКА СЫРЬЯ, ЭНЕРГЕТИКА, МЕТАЛЛУРГИЯ, ХИМИЧЕСКАЯ И ТЯЖЕЛАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ, МАШИНОСТРОЕНИЕ, СУДОСТРОЕНИЕ, ТРАНСПОРТ EXTRACTION, PROCESSING AND TRANSPORTATION OF RAW MATERIALS, ENERGY, METALLURGY, CHEMICAL AND HEAVY INDUSTRY, MACHINE BUILDING, SHIPBUILDING AND TRANSPORT

Алексенцева С.Е., Кривченко А.Л. ОБРАБОТКА МЕДИ ВЫСОКОСКОРОСТНЫМ ПОТОКОМ ДИСКРЕТНЫХ ЧАСТИЦ Самарский государственный технический университет, Самара, Россия Aleksentseva S.E., Krivchenko A.L. COPPER PROCESSING BY A HIGH-SPEED STREAM OF DISCRETE PARTICLES Samara State Technical University, Samara, Russia Метод обработки металлов и сплавов высокоскоростным потоком дискретных частиц, сформированным энергией взрыва, относится к области получения мелкозернистых дисперсноупрочненных материалов. Обработка материалов высокоскоростным потоком осуществляется в специальной установке торцевым метанием порошковых частиц [1]. Обработанные материалы могут использоваться как конструкционные с повышенными прочностными свойствами, которые достигаются диспергированием микроструктуры материала за счет насыщения порошковыми частицами в объеме материала и получением мелкодисперсной структуры. С целью изучения механизма объемного легирования высокоскоростными дискретными частицами и определения зависимостей физико-механических свойств, проведены исследования образцов меди марки М1 диаметром 20 мм, высотой 15 и 30 мм, обработанной потоком высокоскоростных порошковых частиц W, Zr, Ti, Cr дисперсностью около 10 мкм. Скорость порошковых частиц в потоке составляет 1.5–3 км/с. Давление соударения потока с матрицей в интервале 12-15 ГПа. Плотность потока частиц около 1 г/см3. Время пpoтекания процесса деформирования и дисперсионного упрочнения составляет 10–100 микросекунд. Реализация данных режимов обработки обеспечивает объемное насыщение металла элементами порошковых частиц на глубины, превышающие более чем на 2 порядка размер порошковых частиц [2]. Навеска порошка, образующего высокоскоростной поток, составляет 1г. В целом, в материал матрицы проникает 1-4% навески. Проникающая 259

способность порошковых частиц, оцененная по результатам микроанализа на JXA-8230 Superprobe, показана в таблице. Максимальные значения концентрации наблюдаются в поверхностных слоях (1-3 мм) и чередуются с областями минимальных значений концентрации частиц. (Равномерное насыщение матриц достигается при 2-х и 3-х кратной обработке по разным направлениям.) Таблица. Концентрация проникающих частиц в медной матрице Материал Концентрация внедренных частиц, % частицы maximum minimum Ti W Cr Zr

0.37 0.28 0.18 0.17

0.07 0.04 0.003 0.003

Волновой характер распределения свойств, впервые выявленный автором в работе [3] и ранее, проявляется при послойном исследовании как в радиальном направлении, так и продольном - по высоте матрицы. Распределение частиц титана по высоте матрицы меди показано на рисунке. Тi, 0.4 % 0.2 Н, мм 0

15

30

Рис.1. Распределение частиц титана послойно по высоте матрицы меди М1 Характер распределения концентрации частиц по высоте и периодичность сохраняется при обработке образцов меди различной высоты 15 и 30 мм. Микроструктура медной матрицы после обработки потоком дискретных порошковых частиц фрагментируется, обретая субфрагменты внутри зерна размером ~10 мкм; выявлены области двойникования и следы скольжения. После обработки хромом твердость поверхностных слоев имеет значение 180-190 HV, что на 60-70% выше исходной (110 HV). Исследование динамики изменения микротвердости по высоте матрицы меди показало рост с исходного значения 650 МПа до 1500 МПа в поверхностном слое и последующее 260

периодическое волновое распределение по высоте матрицы от значений чуть меньше и больше исходной микротвердости на 30-40%. Литература 1.

Aleksentseva S.E. and others. Features of Structural Changes of Samples of Technical Titanium Subjected to Loading by Shock Waves and Flows of Discrete Particles. // Shock Waves in Condensed Matter: Proc. of Int. Conf. – St. Petersburg, Russia, 8 - 13 October, 2000, p. 176 - 177.

2. Ушеренко С.М. Сверхглубокое проникание частиц в преграды и создание композиционных материалов, - Минск: НИИ импульсных процессов.1998.- 210 с.

3. Алексенцева С. Е. и др. Системное взаимодействие направленного потока с металлической матрицей. // Синергетика, структура и свойства материалов, самоорганизующиеся технологии. Тез. докл. симпозиума. – М., 1214 ноября, 1996. – С.24-25.

4. Алексенцева С.Е., Кривченко А.Л. Корреляция волновых процессов в металлах при аномально глубоком проникании дискретных частиц, метаемых энергией взрыва. Конференция Ударные волны в конденсированных средах. Сб. науч. трудов - Санкт-Петербург, 23-26 ноября, 2008. -С.188-190.

Алексенцева С.Е., Кривченко А.Л. ПОЛУЧЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИ ЧИСТОГО ТИТАНА ДЛЯ БИОМЕДИЦИНЫ Самарский государственный технический университет, Самара, Россия Aleksentseva S.E., Krivchenko A.L. RECEPTION OF TECHNICALLY PURE TITAN FOR BIOMEDICINE Samara State Technical University, Samara, Russia Титан является одним из наиболее приемлемых материалов для целей биомедицины, в том числе имплантантов, который хорошо сращивается с живыми тканями и в настоящее время используется для длительного нахождения в организме человека. Время применения имплантантов зависит от прочности и долговечности материала. Поэтому повышение механических свойств титана без введения дополнительных легирующих элементов, например, ванадия, хрома в сплавах Ti5Al12.5Sn, Ti5Al13V11Cr [1], которые снижают биосовместимость и способствуют накоплению токсичных элементов, является целью предлагаемого способа. Получение технически чистого титана для биомедицины достигается путем обработки заготовки сплава ВТ1-0 высокоскоростным потоком порошковых частиц в режиме сверхглубокого проникания частиц, которые 261

разгоняют за счет энергии взрывчатого вещества через воздушный зазор[3], причем, для обеспечения высокой биосовместимости в качестве матрицы и взаимодействующего порошка применяется пара Ti →Ti. Обработка материалов в режиме сверхглубокого проникания частиц обеспечивает объемное насыщение металлов и сплавов элементами порошковых частиц на глубины, превышающие более чем на 2 порядка размер порошковых частиц[2]. Проникающие частицы формируют в материале каналы размером около 1мкм, формируя наноструктуры в материале. Минимальный размер остатка частицы ~50 нм. Упрочняющее действие дает аморфизация микрообластей (размером более 10 нм) вблизи стенок каналов проникающих частиц, а также сильнодеформированная зона вокруг каналов с развитой дислокационной структурой. Предлагаемая схема обработки титана (см. рисунок) включает заряд взрывчатого 1 вещества 1 в бумажной оболочке с электродетонатором для инициирования. Под 2 зарядом взрывчатого вещества через воздушный зазор размещена капсула с 3 порошковым материалом 2. Формирование потока и его ориентация осуществляется в ориентирующем канале 3, который своим 4 основанием стыкуется с обрабатываемым образцом исходного материала 4. Разгон частиц осуществляется за счет Рис.1. Схема устройства инициирования цилиндрического заряда без кумулятивной облицовки. В целях получения обработки материалов технически чистого титана для биомедицины потоком частиц кумулятивная облицовка непригодна, так как вносит в упрочняемый материал элементы облицовки. Взрывчатое вещество, используемое для заряда в предлагаемом способе, относится к группе полного газообразования. Воздушный зазор, предусмотренный в конструкции непосредственно за нижним срезом заряда взрывчатого вещества, способствует формированию прямоугольного фронта ударной волны. Метаемый порошок расположен в соответствии с формируемым фронтом ударной волны - параллельно нижнему срезу заряда. Данная схема позволяет обеспечить необходимые режимы обработки титана скорость частиц 1.5-2.5 км/с - и плотности потока частиц Ti порядка 1 г/см3. Давление соударения частиц составляет около 12-15 ГПа. Время взаимодействия частиц с материалом (5-7) 10-5 с. Для получения упрочненного технически чистого титана применялась обработка частицами титана с дисперсностью 10 мкм. Наиболее качественный объем с равномерным распределением свойств при однократной обработке порошковыми частицами титана составляет около 10х10х7мм, при двух-, 262

трехкратной обработке объем в 3-4 раза выше. В результате получена наноструктурированная мелкодисперсная структура титана марки ВТ1-0, размер зерна около микрометра. Обработка материалов в режиме сверхглубокого проникания частиц предполагает, что материал, наряду с измельчением зерна, армируется микроканалами проникающих частиц, упрочняя и повышая износостойкость. Так, прочность повышается в 1.5 раза. Пластичность незначительно изменяется, относительное удлинение 15%. Плотность дислокаций достигает порядка ~1011 см-2. Микротвердость Нµ увеличилась с исходной 1900 МПа до 2600 МПа после обработки потоком порошковых частиц. После специальной термообработки прочностные характеристики повышаются на 20–40 % и более. Предлагаемая обработка титана марки ВТ1-0 потоком частиц Ti (пара Ti  Ti) обеспечивает получение наноструктурированного технически чистого титана и возможность применения для целей биомедицины. Литература 1.

D.M.Brunette, P.Tengvall, M.Textor, P.Thomsen, “Titanium in medicine”, Springer (2001), p.1019 2. Ушеренко С.М. Сверхглубокое проникание частиц в преграды и создание композиционных материалов, - Минск: НИИ импульсных процессов.1998.- 210 с.

3.

Krivchenko A.L., Aleksentseva S.E. Peculiarities of the Dynamic Interaction Between the Directed Stream of High Speed Particles and Мetals. // Shock Waves in Condensed Matter: Proc. of Int. Conf . – St. Petersburg, Russia, 8 - 13 October, 2000, p. 175-176.

Андреев С.М., Парсункин Б.Н., Ахметов Т.У. ПРАКТИКА ПРИМЕНЕНИЯ НЕЙРОСЕТЕВЫХ АЛГОРИТМОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ В ЛОКАЛЬНЫХ КОНТУРАХ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, Магнитогорск, Россия Andreev S.M., Parsunkin B.N., Akhmetov T.U. APPLICATION PRACTICE OF NEURAL NETWORK ALGORITHM FOR REGULATION IN LOCAL CONTROLS OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov, Magnitogorsk, Russia

263

Широкое распространение свободно–программируемых контроллеров в АСУ ТП в совокупности с успешным применением искусственных нейронных сетей для решения задач управления позволяют создавать и реализовывать регулирующие алгоритмы для управления реальными технологическими объектами на промышленных предприятиях Нестационарность технологических процессов, нелинейность статических характеристик управляемых объектов затрудняет использование классических ПИД–регуляторов и требует использования алгоритмов самонастройки, что во многих случаях не является приемлемым с точки зрения обслуживания таких систем. Использование в регулирующих алгоритмах самообучающихся нейросетей позволяет улучшить качество регулирования, особенно в технологических процессах с подверженными дрейфу нелинейными статическими характеристиками. Реализация нейросетевого регулирующего алгоритма непосредственно в микропроцессорном контроллере позволит упростить внедрение таких систем регулирования. Структурная схема контура регулирования технологического параметра с исполнительным механизмом постоянной скорости приведена на рис.1. Блок ручного управления

Исполнительный механизм

Объект управления

X

РУЧ

Y

X

Z

Y

Z

X

АВТ

X А/Р Микропроцессорный контроллер

W i,j

Расчет весовых коэффициентов

X Больше

i

U

PП

i-1

PЗ Меньше

Задание параметра

Рис.1. Структурная схема контура регулирования технологического параметра с нейросетевым алгоритмом В микропроцессорный контроллер поступают сигналы: РП действительное значение технологического параметра; РЗ - заданная величина технологического параметра; Х – положение вала исполнительного механизма постоянной скорости; ХА/Р - режим управления контуром с блока ручного управления.

264

35

90

85

33

85

35

80

33

75

31

80

31

70

29

75

27

70

25

65

23

60

21

55 50 45

29

65

27

60

25

55

23

50

21

45

19

40

19

17

35

17

15

30 90 100

15

0

10

20

30

40

50

60

70

80

40 0

Время, с

Положение вала ИМ, %

90

37

Давление в рабочем пространстве, Па

39

Положение вала ИМ, %

Давление в рабочем пространстве, Па

Исследование работы предложенной системы автоматического регулирования проводилось на лабораторной физической модели рабочего пространства теплотехнического агрегата. Регулируемым параметром являлось давление в рабочем пространстве создаваемое воздушным нагнетателе. Регулирование давление осуществлялось перемещением шиберной заслонки, установленной в выходном тракте. Данный объект по каналу «положение регулирующего органа – давление» имеет нелинейную статическую характеристику (коэффициент передачи изменялся КР=0,5-3) и достаточно большую величину времени запаздывания (З/ТО=0,3). В начальный этап обучения был получен переходный процесс, показанный на рис 2,а. Процесс характеризуется достаточно большим временем переходного процесса и величиной перерегулирования. Через несколько циклов обучения сеть была настроена и получен переходный процесс, показанный на рис. 2,б. Несмотря на имеющиеся в эксперименте дрейф статической характеристики и достаточно высокий уровень помех, процесс регулирования имеет вполне приемлемые качественные показатели.

5

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Время, с

Рис. 2. Переходный процесс в системе автоматического регулирования с нейросетевым регулятором: а) в начале обучения; б) полностью обученная Применение регуляторов построенных на основе нейронных сетей в локальных контурах управления отдельными технологическими параметрами позволяет улучшить качество переходных процессов без предварительной настройки регулирующего алгоритма, особенно при наличии дрейфующей нелинейной статической характеристики объекта управления.

265

Бахтерев В.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ ОБРАЗЦОВ МАГНЕТИТОВЫХ РУД Институт геофизики имени Ю.П.Булашевича УрО РАН, Екатеринбург, Россия Bakhterev V.V. THE ELECTRIC CONDUCTIVITY OF THE MAGNETITE ORE AT HIGH TEMPERATURE Yu.P. Bulaschevich Institute of Geophysics, Russian Academy of Sciences, Urals Branch, Yekaterinburg, Russia Скарново-магнетитовые месторождения составляют в настоящее время основу сырьевой базы черной металлургии Урала. Традиционными методами поисков магнетитовых руд являются геологические и геофизические (в основном, магнитные). Месторождения гидротермально-скарновой магнетитовой формации формировались на протяжении длительного интервала времени, и отличаются сложной геологической обстановкой. Поэтому, несмотря на использование целого ряда поисковых критериев на ранних стадиях геологоразведочных работ, правильная оценка ожидаемых запасов месторождения дается чрезвычайно редко и затягивается на длительное время. Магнетит, кристаллизуясь в различных термодинамических и физикохимических условиях, в своем химическом составе и кристаллической структуре несет информацию об этих условиях. Набор физических свойств минерала разнообразен (это, в основном, магнитные свойства). Использование магнитных характеристик позволяет решать целый ряд геологических задач, включая поиски и разведку полезных ископаемых [1]. Тем не менее, интерес к этому минералу не ослабевает. Открываются его новые неиспользованные свойства. Важное место в ряду типоморфных признаков могут занять электрические свойства при высоких температурах, которые несут информацию о кристаллохимических особенностях фазового и структурного состояния вещества. Электропроводность минералов и горных пород сильно зависит от температуры нагрева [2]. Разнообразие ассоциаций минералов, структурных и текстурных особенностей обусловливает широкий диапазон значений их электрического сопротивления, особенности механизма электропроводности и, как следствие, неодинаковый характер зависимости от температуры нагрева. Изучение высокотемпературной электропроводности магнетита (магнетитовой руды) и вмещающих горных пород позволяет выявить новые нетрадиционные поисковые признаки, так как электрические свойства горных пород и минералов – весьма чувствительные индикаторы их вещественного состава и генетических процессов и являются важными источниками информации.

266

Электрические параметры (энергия активации Eo и коэффициент электрического сопротивления lgRo) определяли по методике, описанной в [3]. Исследованы образцы магнетитовых руд из месторождений: Гороблагодатского, Ново-Песчанского, Естюнинского, Магнитогорского, Абаканского, Таштагольского. Параметры Eo и lgRo определены для температурной области 450-650C. Часть результатов приведена на рис. 1, где показана связь между Eo и lgRo. Графическое изображение связи между параметрами в координатах Eo, lgRo обнаруживает обширное поле фигуративных точек, Рис. 1. Связь между Eo, lgRo распределения которое вбирает в себя результаты исследованных образцов магнетитовой руды из месторождений: 1 – Абакан; 2 – исследования всех образцов всех шести Таштагол; 3 – Магнитогорск; 4 – месторождений. Для исследованных Естюнинского; 5 – Гороблагодатского; 6 – образцов выявлена линейная связь Ново-Песчанского; Прямые  линии между E и lgR вида lgRabE . При o o o корреляции lgRo=a-bEo. этом, коэффициент a варьирует в широких пределах в зависимости от типа, минерального состава и генетических особенностей магнетитовых руд. Коэффициент b практически одинаков и равен 6,65 для всех исследованных образцов [3]. Детальные исследования выполнены на Гороблагодатском месторождении. Полученные эмпирические зависимости lgRabEo, в связи с генезисом и минеральным составом руд, могут быть использованы при изучении типоморфных особенностей оруденения, а также позволят судить о пространственном положении относительно сиенитового массива исследуемых образцов. Результаты опубликованы в [4-6]. Литература 1. Чернышева Н.Е., Смелянская Г.А., Зайцева Г.Н. Типоморфизм магнетита и его использование при поисках и оценке рудных месторождений. М.: Недра, 1981. 236 с.

2. Бахтерев В.В. Высокотемпературные исследования гипербазитов Урала. Екатеринбург: УрО РАН, 2008. 152 с.

3. Бахтерев В.В. Высокотемпературная электропроводность магнетитовой руды (магнетита) в связи с генетическими особенностями месторождения. Докл. РАН. 2010. Т. 433, № 4. С. 496-498.

267

4. Бахтерев В.В. Особенности высокотемпературной электропроводности сульфидно-магнетитовых руд Гороблагодатского месторождения // Уральский геофизический вестник. 2011. № 1(18). С. 9-14.

5. Бахтерев В.В., Кузнецов А.Ж. Высокотемпературная электропроводность магнетитовых руд в связи с их генезисом и минеральным составом (на примере Гороблагодатского скарново-магнетитового месторождения) // Геология и геофизика. 2012. Т. 53, № 2. С. 270-276.

6. Бахтерев В.В., Кузнецов А.Ж. Влияние Кушвинского сиенитового интрузива на электрические параметры магнетита в рудах и вмещающих породах Гороблагодатского железорудного месторождения // Уральский геофизический вестник. 2012. № 1(19). С. 6-11.

Бекназарова С.С. ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ ИНФОРМАЦИОННЫХ И МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ МЕДИАКУРСОВ В КАЧЕСТВЕ ОБЪЕКТА МЕДИАОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Ташкентский университет информационных технологий, Узбекистан Beknazarova S.S. TECHNOLOGY DEVELOPMENT OF INFORMATION AND MATHEMATICAL MODELS AS MEDIA COURSE OBJECT OF MEDIA EDUCATIONAL DESIGN Tashkent University of Information Technology, Uzbekistan Компьютерное обучение, особенно на базе Интернета, в последние годы получило широкое распространение. Компьютеры успешно применяются в учебном процессе практически во всех учебных заведениях: в средних школах, профессиональных колледжах, академических лицеях, институтах и университетах, как дополнительное, а часто и как основное средство при традиционном обучении, но, главным образом, в дистанционном (Distance Education) и открытом (Open Education) образовании, а также для повышения квалификации (Life Long Learning). Жизненный цикл медиакурса Аналогично другим программным продуктам, жизненный цикл медиакурса (МК) для компьютерного обучения может быть представлен в виде каскадной модели, включающей пять основных этапов: стратегическое планирование, проектирование, реализация, тестирование, эксплуатация и сопровождение (рисунок 1).

268

Стратегическое планирование

Методист Автор Технический консультант

Проектирование Методист Автор Программист Преподаватель

Реализация МК

Тестирование МК Эксплуатация и сопровождение МК

Оператор Автор Программист

Рис. 1. Графическая модель жизненного цикла медиакурса На этапе стратегического планирования определяются цель и назначение МК, анализируются технические возможности его реализации, а также составляется план разработки курса. Этап проектирования предусматривает разработку структуры курса и сценариев работы с ним. Реализация включает формирование объектов обучения в соответствии со структурой курса и выбранными технологиями, а также ввод курса в систему (компьютер). На этапе тестирования проверяется правильность работы МК, и исправляются обнаруженные ошибки и неточности функционирования курса. Эксплуатация предусматривает использование разработанного МК в учебном процессе, а сопровождение - поддержание курса в рабочем состоянии, исправление выявленных недостатков и, при необходимости, модернизацию курса [1]. В процессе разработки и эксплуатации медиакурса участвуют: • методист – лицо, являющееся специалистом в данной предметной области и занимающееся составлением структуры МК и сценария(ев) обучения, подбором объектов обучения; • автор МК – лицо, являющееся специалистом по созданию медиаобразовательных электронных учебных курсов и выполняющее формирование объектов обучения в соответствии со структурой МК и сценарием(ми) обучения; • технический консультант – лицо, являющееся специалистом по обучающей системе (среде, платформе), в которой планируется реализация МК; • программист – лицо, создающее программные модули для реализации МК (если это необходимо), выполняющее автоматическое тестирование МК, а также модернизацию программных модулей; • оператор – лицо, обеспечивающее ввод информации в систему и нормальное функционирование МК во время занятий;

269

• преподаватель – лицо, использующее МК в учебном процессе, которое также принимает участие в тестировании медиаобразовательного электронного учебного курса перед его сдачей в эксплуатацию. Стратегическое планирование Данный этап разработки медиакурса включает две фазы: анализ и планирование МК и планирование процесса его разработки как программного продукта. Вторая фаза предусматривает составление календарного плана разработки МК, включающего перечень работ по созданию курса, лиц, ответственных за выполнение каждой из них, сроков (и методов) верификации и валидации и т.д. Эта фаза аналогична планированию разработки любого программного продукта и поэтому в настоящей работе не рассматривается. Анализ и планирование МК Под медиакурсом будем понимать набор объектов обучения, реализованных с использованием современных компьютерных технологий (аудио, видео, анимация и т.д.) и объединенных в сценарий обучения, который предназначен для изучения определенной темы учебного предмета. Объект обучения (ОО) – это электронный источник, который уникально обозначен метаданными и может быть использован (причём, многократно) для поддержки и улучшения организации процесса обучения. Объекты обучения разделяются на две основные группы: медиаобразовательные (МОО) и задачные (ЗОО). МОО включает обучающую информацию по теме, сопровождаемую примерами и разъяснением. Задачный ОО содержит задание или вопрос для проверки усвоения МОО и комментарии на возможные ответы обучаемых. При разработке МК, в первую очередь, следует сформулировать цель и задачи курса. Цель определяет знания и/или умения, которые должен освоить обучаемый, а также уровень их освоения. Существуют различные подходы ко классификации познавательной деятельности. Определены следующие уровни деятельности: • «знакомство» – уровень соответствует общим представлениям об объекте изучения; • «репродукция» – уровень предполагает овладени основными понятиями предмета настолько, что обучаемый может анализировать различные действия и возможные исходы; • «умение» – уровень соответствует умению применять усвоенные знания в практической деятельности для решения некоторого класса задач; • «трансформация» – уровень предполагает, что обучаемый способен делать выводы и решать неизвестные ему ранее задачи. Задачи медиакурса конкретизируют цель и способы её достижения. В задачах рекомендуется определить: 1) тип медиакурса (адаптивный, частично адаптивный, неадаптивный); 2) перечень понятий темы, рассматриваемых в МК, а также форму их представления; 3) степень детальности изложения учебного материала (УМ); 4) сферу использования и предназначения курса (круг обучаемых); 270

5) примерное количество заданий и/или вопросов для закрепления учебного материала; 6) количество заданий и/или вопросов, позволяющих однозначно определить уровень освоения темы УМ. На данном этапе целесообразно составить план работы с курсом, указав входящие в него понятия и планируемое время изучения каждого из них, а также примерное время изучения медиакурса в целом. При этом следует учитывать особенности процесса усвоения учебного материала обучаемым, на который существенное влияние оказывает его утомляемость. В Ташкентском университете информационных технологий были проведены исследования по определению оптимального времени сеанса работы с обучающей системой, используя математическую модель управления процессом усвоения учебной информации вида: Z (t) = φ (1 – eψt), где Z(t) – количество усвоенной обучаемым информации в семантических единицах текста (сетах); t – время поступления информации; Ż (t) |t=0 = 0; φ – параметр модели, определяющий максимальное количество информации, остающейся в памяти человека в процессе непрерывного обучения; ψ – параметр модели, характеризующий утомляемость обучаемого. На основе полученных экспериментальных данных были рассчитаны параметры модели: ψ = 0,0270 (1/мин), φ = 121,74 (сета) и Т = 1 / ψ = 37 мин. (время, за которое скорость усвоения информации уменьшается в е раз), а также определены: изменение скорости приращения усваиваемой информации, (рисунок 2) и значения параметра ψ в различные периоды учебного года, (рисунок 3).

Рис. 2. Изменение скорости приращения усваиваемой информации

271

Рис. 3. Значения величины ψ в различные периоды учебного года По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы: – продолжительность одного сеанса работы с МК должна составлять 35 – 40 минут (рассчитанное рекомендуемое время Т = 37 мин.); – наиболее важные понятия и наиболее трудные задания следует выдавать обучаемым в интервале от 10 до 25 минут с момента начала занятия. Данные рекомендации следует учитывать при разработке МК, т.е. время изучения медиакурса не должно превышать 40 минут, или, что в ряде случаев может быть предпочтительнее, изучение отдельного понятия медиакурса не должно превышать 35–40 минут. На этапе стратегического планирования также осуществляется предварительный подбор учебного материала для МОО и заданий для закрепления учебного материала, и выбор формы их представления (видео, аудио, текст и т.п.). Можно использовать имеющиеся МОО и ЗОО, если такие доступны. Таким образом, результатом данного этапа разработки МК являются: цель и задачи медиакурса; план работы с медиакурсом; предварительный набор медиаобразовательных и задачных объектов обучения; календарный план разработки МК (рисунок 4). Основную работу на данном этапе выполняет методист совместно с автором МК, при необходимости обращаясь к техническому консультанту.

Стратегическо е планирование

Цель и задачи медиакурса

Методист + Автор МК Технический консультант

План работы с медиакурсом

Методист + Автор МК

Набор МОО и ЗОО

Методист + Автор МК Технический консультант

Календарный план работы с медиакурсом

Автор МК Технический консультант

Рис. 4. Результаты этапа стратегического планирования 272

Литература 1. Бекназарова С.С. Разработка медиаобразовательных курсов на примере медиаобразовательного портала mediaedu.uz//Медиаобразование. Москва, №1,2012, 102-106

Белов Н.П., Лапшов С.Н., Майоров Е.Е., Патяев А.Ю., Шерстобитова А.С., Яськов А.Д. ПРИМЕНЕНИЕ РЕФРАКТОМЕТРИИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССОВ ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ В АЭРОПОРТАХ Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург, Россия Belov N.P., Lapshov S.N., Mayorov E.E., Patyaev A.Yu., Sherstobitova A.S., Yaskov A.D. APPLICATION OF THE REFRACTOMETRY FOR THE CONTROL OF AIRCRAFTS ANTI-ICE PROCESSING IN AIRPORTS Saint-Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics, Saint-Petersburg, Russia Рефрактометрические технологии представляют значительный интерес для контроля состава водных растворов этиленгликоля и пропиленгликоля, используемых для антиобледенительной обработки корпусов воздушных судов в современных аэропортах. Применение рефрактометрических датчиков требует достоверных данных по оптическим свойствам этих растворов, включая показатель преломления n, его температурный коэффициент dn/dt и др. Поэтому в настоящей работе были проведены измерения показателя преломления n, его температурного коэффициента dn/dt при различных массовых концентрациях этих растворов k = 0-100 % в диапазоне температур t = 10-60 °C. Измеренные концентрационные зависимости k(n) показаны на рис. 1 и могут быть представлены полиномами: – для этиленгликоля: ke = 27240∙n e3 – 1.1197∙105∙ne2 + 1.5438∙105∙ne – 71350.62, – для 1,2-пропиленгликоля: kp = 34309∙np3 – 1.4023∙105∙np2 + 1.9192∙105∙np – 87920.25. Погрешность измерений показателя преломления в обоих случаях составляла Δn  0.0003, что соответствовало погрешности определения концентрации на уровне Δk  0.2 %.

273

Рис. 1 Зависимости концентрации водных растворов этиленгликоля (1) и 1,2-пропиленгликоля (2) от показателя преломления этих растворов Температурные зависимости n(t) этих растворов были линейными с погрешностью Δn < 0.00154 при концентрации k < 5 % и Δn < 0.00085 при k  5 %. Температурный коэффициент dn/dt зависел линейно от концентрации раствора k и имел близкие значения как в этиленгликоле, так и в 1,2-пропиленгликоле. Концентрационные зависимости dn(k)/dt могут быть представлены квадратичным полиномом: dn/dt=–0.01315∙k2+3.1098∙k+108.35. Для измерений использовались лабораторный рефрактометр УРЛ-1 вместе с термостатом MLW U2C, а также промышленный рефрактометрический датчик ПР-3 [1], структурная схема которого показана на рис. 2.

Рис. 2 Структурная схема погружного рефрактометра ПР-3.

274

Рефрактометр ПР-3 включал в себя погружной зонд с оптической системой и электронный блок с оптоэлектронной платой сбора и обработки данных измерений. Излучение от светодиода 1 (λ = 589) через осветительный волоконно-оптический жгут 2 передавалось на входную грань оптической призмы 3, контактирующей с исследуемым раствором. Отраженный поток излучения через объектив 4 непосредственно передавался на линейку ПЗС, где формировалась граница «свет-тень» при полном внутреннем отражении света на рабочей грани призмы 3. Прибор также включал в себя датчик температуры 7 для корректировки показаний рефрактометра. Сигналы с линейки ПЗС и термодатчика обрабатывались и выводились на дисплей прибора и два токовых выхода 4-20 mA. Пробная эксплуатация рефрактометрического датчика в условиях реального аэропорта подтвердила его достаточно высокие технические характеристики. Литература 1. Рефрактометры [Электронный ресурс] // Инженерный центр «Технокон».

– Россия, cop. 2001-2011. – Режим доступа: http://www.tcon.ru/refr/refract.htm.

Белов Н.П., Лапшов С.Н., Майоров Е.Е., Шерстобитова А.С., Яськов А.Д. ПРИМЕНЕНИЕ РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗЕЛЕНЫХ ЩЕЛОКОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург, Россия Belov N.P., Lapshov S.N., Mayorov E.E., Sherstobitova A.S., Yaskov A.D. APPLICATION OF REFRACTOMETRIC TECHNOLOGIES FOR THE CONTROL OF GREEN LIQUORS IN THE SULFATE PULP PRODUCTION Saint-Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics, Saint-Petersburg, Russia Зеленые щелока представляют собой продукт регенерации плотных черных щелоков в замкнутом производстве сульфатной целлюлозы. Водные растворы зеленых щелоков после каустизации поступают в варочный котел. На этапе каустизации должна быть определена общая щелочность C исходного раствора, где значительный интерес представляет применение промышленных погружных рефрактометров, обеспечивающих непрерывный контроль состава 275

зеленого щелока. Оптические свойства зеленых щелоков до настоящего времени не изучались. В связи с этим представляет интерес исследование рефрактометрических параметров водных растворов зеленого щелока, включая показатель преломления n и его температурный коэффициент dn/dt, а также анализ возможностей промышленной рефрактометрии для контроля состава таких щелоков. В ходе данной работы были проведены измерения зависимости показателя преломления n проб зеленого щелока, предоставленных Сегежским ЦБК, от общей щелочности раствора C. Измеренная зависимость, как показано на рис. 1, имела линейный характер.

Рис. 1 Зависимость показателя преломления водного раствора зеленого щелока от общей щелочности этого раствора Концентрационная зависимость температурного коэффициента dn(k)/dt в рабочем диапазоне концентраций производства также имела линейный характер. Так что температурная поправка на рефрактометрические данные была постоянной и составляла 0.000315. Эта поправка не зависела от общей щелочности, концентрации и температуры в пределах С = 105-135 г/л, вплоть до t = 100 °С. В исследованиях использовался рефрактометр ПР-3, аналогичный [1], с увеличенной длиной погружного зонда до 350 мм. В базовой конфигурации его внешний вид и габаритно-установочные размеры показаны на рис. 2. Рефрактометр ПР-3 включал в себя погружной зонд с оптической системой (осветительный волоконно-оптический жгут, оптическая призма, объектив) и электронный блок с оптоэлектронной платой сбора и обработки данных измерений. Прибор также включал в себя датчик температуры, обеспечивающий корректировку показаний рефрактометра.

276

Рис. 2 Внешний вид (а) и габаритно-установочные размеры (б) погружного рефрактометра ПР-3 На дисплей прибора выводились результаты измерений в выбранной рефрактометрической шкале концентрации раствора k и его плотности ρ или же показателя преломления раствора n и его плотности ρ, а также показания датчика температуры. Те же данные выводились на токовые выходы 4-20 mA. Эксплуатация прибора требовала системной очистки рабочей грани оптической призмы водой высокого давления (до p = 100 атм.). В состав системы очистки входили: трубопровод с форсункой, расположенной под углом 20° к рабочей грани призмы, направляющий и обратный клапаны, насос высокого давления. Включение системы очистки происходило автоматически. Период включения (30-40 мин.) и длительность работы (0.1-3.0 с.) устанавливались программно. Пробная эксплуатация рефрактометра на действующих производствах сульфатной целлюлозы подтвердила его достаточно высокие для данных производств технические характеристики. Литература 1. Рефрактометры [Электронный ресурс] // Инженерный центр «Технокон».

– Россия, cop. 2001-2011. – Режим доступа: http://www.tcon.ru/refr/refract.htm.

Дайнеко Д. В. ИНСТИТУЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ЛЕСНОЙ ОТРАСЛИ ИНЦ СО РАН, Иркутск, Россия Dayneko D.V. INSTITUTIONAL CHANGES IN THE FOREST INDUSTRY ISC SB RAS, Irkutsk, Russia 277

Сегодня в стране происходят глобальные изменения - это период становления новых отношений как в социальной, культурной, так и в экономической сферах. На фоне происходящих экономических трансформаций проблемы формирования и развития лесной промышленности очевидны и важны. Лесопромышленный комплекс является наиболее перспективным и одновременно проблематичным сектором. Вследствие непродуманных действий в лесозаготовке, в настоящее время практически уничтожены леса Европы и большинства цетральных российских областей. Под угрозой полного уничтожения находятся леса Бразилии, Мексики, Китая и других стран. Вопрос устойчивого лесопользования приобретает особую актуальность в регионах России, которая на протяжении многих лет занимает первое место среди лесозаготовительных стран. Возникает угроза разрушения существующей экосистемы, ухудшения климата, водного баланса, а с экономической точки зрения, и стратегического потенциала страны, вследствие исчерпания возобновимых и невозобновимых природных ресурсов. Именно сохранение природного потенциала страны является необходимым условием, сдерживающим экологический кризис на Земле. Именно лес, являясь исчерпаемым, но возобновимым ресурсом, заслуживает особое внимание экологов и экономистов. В эпоху глобализации товарных и сырьевых рынков, когда большинство лесов США и Европы переживают стадию консервации и сохранения, речь дожна идти об устойчивом лесопользовании российских лесов, основанном на принципах рационального природопользования. Россия считается крупнейшей в мире страной по площади лесов. Они занимают 70% территории страны. Леса России – это богатство нашей страны. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН, на страну приходится примерно 20,5% от общей площади лесов мира и половина хвойных лесов. Большая часть лесных территорий (по 29%) заняты мелколиственными и смешанными лесами, выросшими на месте старых вырубок, гарей и сельхозземель, а также северными и горными редколесьями. Чуть меньшая площадь (21%) приходится на лиственничные леса. Хвойные леса занимают примерно 19% лесных земель (при этом 11% приходится на еловые, кедровые и пихтовые леса и лишь 8% - на сосновые). Самая большая редкость - широколиственные массивы. Их доля всего 3%. Общая площадь земель лесного фонда превышает 1,1 млрд. га, что составляет ¼ мировых запасов древисины. На 1 января 2001 г. лесом было покрыто 722 млн. га. Общие запасы древесины в российских лесах оцениваются в 75 млрд. м3. Россия располагает примерно 32 % мировых запасов леса. Если сделать обобщение, то на долю каждого россиянина приходится в десять раз больше лесов, чем на американца, и в 35 раз больше, чем на среднестатистического европейца. Из России экспортируется более 25% леса и лесоматериалов. Сложившаяся институциональная структура лесного хозяйства на протяжении многих лет не позволяла лесному бизнесу функционировать эффективно и способствовать устойчивому социально-экономическому 278

развитию территорий. За годы реформ система управления лесами претерпела существенные трансформации. Это было связано и с вопросами собственности, и с организационной перестройкой, и с изменением лесного законодательства. Главными компонентами институциональной структуры, определяющими подходы к использованию лесных ресурсов, являются тесно связанные и взаимообусловленные: 1) сфера лесопользования, включающая проекты, стандарты и регламенты, и 2) сфера налогообложения, включающая правила и нормы, определяющие порядок получения государством части лесного дохода. В контексте институциональных изменений в лесной отрасли особо следует отметить: 1) институт собственности (собственность - это право, на основании которого, лицо [юридическое или физическое], распоряжается имуществом по собственному усмотрению. Понятие собственности включает в себя в полном и неделимом объеме право пользования - право пользоваться плодами, приносимыми имуществом, которое составляет предмет собственности и право использовать это имущество и распоряжаться им по собственному усмотрению); 2) инвестиционные институты (банки, страховые компании, фонды, и др.); нормативно-законодательная база (законы, постановления, указы); 3) организационная структура отрасли в целом и организационная структура отдельных предприятий; 4) информационное обеспечение отрасли и организаций, деятельность которых направлена на обеспечение предприятий и административных структур необходимой информацией о деятельности и перспективах развития отрасли, т.е. оказание информационной поддержки заинтересованным участникам экономических и административных взаимоотношений; 5) институты, обеспечивающие разработку, внедрение и реализацию нормативно-правовых документов; 6) институты, обеспечивающие профессиональную подготовку и образование кадров, задействованных в данной отрасли; 7) неформальные институты. Среди неформальных институтов, поддерживающих производственные предприятия, можно выделить такие как социальные нормы как способности к сотрудничеству, сознательному подчинению, инициативности в рамках общей цели, соблюдению дисциплины, целерациональному поведению и т.д. Тенденции и перспективы развития институциональных структур российской экономики являются наиболее глобальной проблемой нашего времени, охватывающей многие сферы политической и экономической жизни страны. Вполне очевидно, что как на уровне государства, так и на уровне отдельного предприятия институциональные изменения являются основой экономического благополучия, обеспечивающей как функционирование отдельной отрасли и региональной экономики в целом сегодня, так и будущее экономического роста региона. За последнее время было проведено много исследований по оценке экономического потенциала лесов Сибири. Большинство авторов пришли к выводу, что основные проблемы лесного сектора связаны именно с несовершенством институтов. Фактически, существовавшая институциональная среда долгие десятилетия не способствовала устойчивому 279

функционирование лесной отрасли. Большинство проблем периода перехода к рыночной экономике, описанные зарубежными и российскими учеными, относятся к несоответствию институциональной среды особенностям рыночного регулирования в России, причем как в «докризисный» (1998 года) период [Полтерович 1999, Петров 1998, Carlsson, Olsson et al. 1998, Gaddy and Ickes 1998], так и в настоящее время [например, Ярошенко 2007, Битков 2007 и др.]. Наиболее существенные институциональные проблемы лесного сектора России были определены Стеном Нельсоном, советником Международного института прикладного системного анализа в Австрии, еще в 1999 году: «различные организации лесного сектора, действуют, ориентируясь на конфликтующие между собой цели. По-прежнему существует традиция потребителей и законов, в соответствии с которыми региональная избыточная эксплуатация лесных ресурсов является легитимной. Лесное законодательство содержит существенные противречия и находится в конфликте с другими аспектами российского законодательства. Присутсвует несоблюдение экологических стандартов, задерживается их принятие и реализация. Распределение прав на эксплуатацию леса не имеет открытого характера. Лесные платежи не обоснованы, отсутсвует их эффективный возврат в лесной сектор. Существующая налоговая политика не поощряет нормальную экономическую деятельность или новые инвестиции, сбор налогов ведется неэффективно. Права собственности не ясны, а приватизация приводит к жестким стычкам за право контроля над капиталом. Коррупция является серьезным препятствием для деловой активности в лесном секторе. Доступная финансовая информация не имеет открытого характера». Нельсон, также как и многие другие западные авторы, упоминает о политическом риске, неустойчивости законодательства и, как следствие, вероятности появления оппортунизма и коррупции. В последние годы была проведена большая работа и достигнуты некоторые успехи по выявлению казуальных воздействий институтов на экономический рост. Так, например, в работах зарубежных авторов Мауро, Нэка, Кифер (Mauro, Knack, Keefer) и других была определена взаимосвязь между критериями риска экспроприации и коррупции с одной стороны, и экономическими результатами с другой. Возник вопрос, связанный с причинной обусловленностью: влечет ли коррупция негативные последствия, или же именно отрицательные результаты приводят к развитию коррупции. По данной теме наиболее значимым вкладом явились работы Асемоглу, Джонсона и Робинсона, Ингермана и Соколоффа. Эти авторы обращаются к проблеме причинной обусловленности, изучая глубокие исторические отличия, которые затрагивали формирование институтов в европейских колониях, а именно: уровень смертности (Асемоглу, Джонсон и Робинсон), и неравенство, вызванные за счет роста масштаба производства (Ингерман и Соколофф). Определение эффективности институтов и институциональных изменений – задача сложная, поскольку институциональные изменения обычно 280

носят качественный характер. Для измерения величин качественного характера, таких как отношение к существующим «правилам игры», надо либо обращаться к методам качественного анализа, либо прибегать к методам преобразования качественных данных в количественные. Одной из возможностей представляется группировка субъектов с похожими убеждениями и отношениями к институциональному устройству, неформальным правилам и выделение типологий. В силу нечеткой слабоформализуемой природы данных по институциональному устройству и изменениям для анализа данных необходима предварительная их обработка или применение методов анализа, которые бы учитывали этот нечеткий характер информации. Институциональное устройство и институциональные изменения в лесном комплексе тесно связаны с лесной политикой. Она представляет собой совокупность институтов, регулирующих экономические, экологические и социальные последствия лесопользования, которые включают и вопросы собственности, и вопросы управления. Чтобы стимулировать эффективное предпринимательство в лесном секторе, требуется целая система мер, что является неотъемлемой частью национальной и региональной лесной политики, и это (как один из аспектов) предполагает необходимость проведения тщательного институционального анализа. Поэтому изучение влияния институционального устройства (и, как основной его части, лесной политики) на эффективность работы предприятий лесного комплекса является актуальным. Особенно актуальным и важным изучение этого вопроса является в настоящее время для оценки последствий «внедрения» нового Лесного кодекса, принятия очень важных решений в области лесного экспорта, а также экономической глобализации рынков потребления. Не менее важным аспектом, во многом определяющим эффективность функционирования действующих предприятий, их модернизацию и создание новых производств, является объективная оценка экономических условий. Под этим мы понимаем как количественную оценку экономически доступных лесных ресурсов, так и возможности рентабельной их переработки и реализации лесопродукции на внутреннем и внешнем рынке. Такая комплексная количественная оценка экономических условий функционирования лесных предприятий возможна лишь с использованием экономико-математического инструментария. Необходимость дальнейшего исследования обоснована и тем фактом, что происходящие преобразования часто являются спонтанными и непоследовательными. В исследовании определены основные компоненты институциональной структуры и институциональных преобразований. В работе также определяются современные инструменты и методы оценки эффективности институциональных преобразований, а также гипотетически определены уровни эффективности институциональных преобразований. Особую актуальность данное исследование приобретает в связи с обострением проблем глобального потепления и сокращения лесосырьевых баз 281

в международном потреблении. Значительная роль региона и его производственных предприятий в национальной экономике, позиция среди других регионов и перспективы международного сотрудничества усиливают важность данного исследования. Подчеркнем актуальность изучения проблемы адекватности происходящих институциональных изменений требованиям современного экономического развития.

Жерлицын А.Г.1, Дубкова В.И.2, Косицын В.С.1, Шиян В.П.1 Крутько Н.П.2, Комаревич В.Г.2 НАНОУГЛЕРОДНЫЙ НАПОЛНИТЕЛЬ ИЗ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В ПОЛИОЛЕФИНОВЫХ КОМПОЗИЦИЯХ 1 Физико-технический институт ГОУ ВПО НИ ТПУ, Томск, Россия 2 Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси, Минск, Беларусь Zherlitsyn A.G.1, Dubkova V.I.2, Kossitsyn V.S.1, Shiyan V.P.1 Krutko N.P.2, Komarevich V.G.2 NANOCARBON FILLER FROM HYDROCARBONIC GAS AND ITS APPLICATION IN POLYOLEFINE COMPOSITES 1 Institute of Physics and Technology, ТPU, Tomsk, Russia 2 Institute of General and Inorganic Chemistry of NAS Belarus, Minsk, Belarus В качестве наноуглеродного наполнителя полиолефиновых композиций используется наноуглеродный материал (НУМ), получаемый путем конверсии углеводородного газа (природный газ, попутный нефтяной газ, метан и т.п.) в водород и углерод при атмосферном давлении, основанный на совмещенном воздействии на газ металлического катализатора и плазмы СВЧ разряда. Схема установки для получения наноуглеродного материала представлена на рис. 1. Установка включает в себя: реактор, источники СВЧ энергии, систему фильтров, сборник углерода. Реактор – проточный, двухкамерный. Одна из камер представляет собой цилиндр, выполненный из нержавеющей стали, в котором размещена радиопрозрачная труба с металлическим катализатором. Вторая камера (разрядная) представляет собой отрезок коаксиальной линии, переходящий в круглый волновод. В первой камере осуществляется нагрев катализатора, во второй (разрядной) возбуждается объемный СВЧ разряд, необходимый для создания плазмы в объеме камеры. Металлический катализатор из подгруппы железа нагревается с помощью СВЧ энергии от магнетронного генератора за счет диссипативных потерь до температуры порядка 520-560˚С. В разрядной камере СВЧ разряд возбуждается за счет СВЧ энергии от второго магнетронного генератора. Образовавшаяся в результате разряда плазма имеет температуру порядка 3500˚К - 4500˚К.

282

Процесс конверсии протекает следующим образом. На разогретом катализаторе происходит предварительное возбуждение молекул углеводородного газа и начало реакции образования непредельных углеводородов (этилена, ацетилена), которые газовым потоком транспортируются в разрядную камеру, где и осуществляется плазмохимическая реакция с образованием наноуглеродного материала и водорода. В ходе реализации технологии конверсии газа было установлено, что при совмещенном действии катализатора и плазмы СВЧ разряда на газ возрастают степень конверсии газа, выход водорода и наноуглеродного материала. Микрофотография образца НУМ приведена на рис. 2. В его состав входят: углеродные нановолокна диаметром более 100 нм, длиной более 1 мкм; углеродные нанотрубки (многослойные, однослойные, луковичные) с удельной поверхностью от 30 до 100 м2/г (30– 60%); остальное – аморфный углерод с удельной поверхностью 200–500 м2/г. Размер частиц аморфного углерода составлял от 10 до 50 нм. Поперечный размер нанотрубок изменяется в пределах от 5 до 27 нм. Средняя Рис. 2. Микрофотография насыпная удельная плотность материала равна образца наноуглеродного 0,027 г/см3. материала Наноуглеродный материал вводили в полиэтилен высокого давления (ПЭВД) и сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) в количестве 0,5–2,5 мас. %. Образцы композитов 283

получали компрессионным прессованием предварительно приготовленной сухой смеси полимера и наполнителя. Структуру и свойства изучали с использованием рентгенофазового, акустического, электрофизического и термомеханического методов анализа. Установлено влияние НУМ на процесс кристаллизации ПЭВД и СВМПЭ при формировании композитов, проявляющееся в изменении соотношений кристаллографических сингоний в кристаллической фазе полимеров, размеров областей когерентного рассеяния, параметров кристаллической ячейки и возникающих в ней микронапряжений. Данные рентгенофазового анализа в совокупности с наблюдаемыми ограничением подвижности полимерных цепей и возрастанием времён диэлектрической релаксации свидетельствуют об образовании более упорядоченной структуры полиолефинов в композициях, наполненных НУМ. Повышение рентгеновской степени кристалличности с увеличением концентрации НУМ в полимерах приводит к адекватному возрастанию диэлектрических характеристик композитов (ε, tgδ) и скорости прохождения ультразвуковых колебаний через образец. Как следствие этого, динамический модуль упругости композитов ПЭВД и СВМПЭ, включающих 2,5 мас. % НУМ, увеличивается в 1,2 и 1,34 раза; твердость – в 1,26 раза для композиций НУМ с СВМПЭ. Температура стеклования ПЭВД, наполненного НУМ, сдвигается в сторону увеличения температур на 23–25оС, теплостойкость по Вика возрастает до 110оС, что значительно расширяет возможный температурный диапазон использования полиолефинов. При наполнении ПЭВД и СВМПЭ наноуглеродным материалом ≥ 5 мас. % наблюдается резкое понижение удельного объёмного электрического сопротивления, композиты приобретают электропроводящие свойства и могут найти применение в качестве антистатических материалов в различных областях науки, техники и промышленности.

284

Жуков А.В. ПРИОРИТЕТНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ОСВОЕНИЯ ТИТАН- И ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КОНТИНЕНТАЛЬНОГО ШЕЛЬФА ВОСТОКА РОССИИ НА ОСНОВЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДОБЫЧИ И КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ Дальневосточный федеральный университет, Владивосток, Россия Zhukov A.V. THE PRIORITY DIRECTIONS OF INDUSTRIAL DEVELOPMENT OF TITANIUM- AND IRONCONTAINING DEPOSITS OF CONTINENTAL SHELF AT THE EAST OF RUSSIA ON THE BASE OF RESOURCE-SAVING INNOVATIVE TECHNOLOGIES OF EXTRACTION AND COMPLEX PROCESSING OF MINERAL RAW MATERIALS Far-Eastern Federal University, Vladivostok, Russia Аннотация Рассмотрены минеральные ресурсы титан- и железосодержащих месторождений континентального шельфа Востока России, инновационные технологии их промышленного освоения, показана целесообразность и необходимость инвестиций в создание новых горно-химических и металлургических производств на Дальнем Востоке России. Ключевые слова: минеральные ресурсы, промышленное освоение, инновационные технологии, комплексная переработка, инвестиции Summary Mineral raw materials of titanium- and ironcontaining deposits of continental shelf at the East of Russia, innovative technologies of its industrial development are considered here. The expediency and necessity of investments into the development of new mining and chemical and metallurgical plants at the Far East of Russia is shown in the report.

Keywords: mineral raw materials, industrial development, innovative technologies, complex processing, investments Основные рудные провинции магнетита, титаномагнетита, ильменита, ванадия, циркона, сфена на шельфе морей Востока России находятся на Камчатке, Южных Курилах, западном побережье Татарского пролива, Приморье. Разведанные запасы магнетита, титаномагнетита, ильменита на побережье дальневосточных морей составляют более 120 млн. т. рудного песка. Вероятный прирост прогнозных ресурсов составляет: на пляжах побережья – 40-50 млн. т; на шельфе до глубины 50 м – 600-800 млн. т.

285

Ниже представлена краткая геолого-минералогическая характеристика базового (Приморский край) Проточного магнетит-ильменитового месторождения по материалам лицензирования (данные «Приморгеолкома»): 1) в пляжевой части: ильменита – 2,3 млн. т; сфена и циркона – 1,0 млн. т; магнетита – 1,0 млн. т; 2) суммарный объем минерального сырья – пляжевая и подводная часть месторождения, товарные концентраты: магнетитовый – 2,3 млн. т; ильменитовый – 3,7 млн. т; сфеновый – 1,6 млн. т; цирконовый – 840 тыс. т. Добычное судно-носитель выполняется в виде смонтированных воедино самостоятельных взаимозаменяемых и быстроразъемных секций-модулей, каждый из которых предназначен для подводной разработки и подъема горной массы на борт судна-носителя; обогащения (переработки) горной массы; накопления полезного компонента в виде концентрата на судне-носителе; сбора с одновременной переработкой отходов обогатительного процесса и доставки их к местам складирования и концентрации. Предполагается, что модульный ряд состоит из набора самостоятельных модулей, оснащенных техническими средствами, соответствующими определенному техническому назначению. Модульные ряды других технологических назначений должны создаваться с максимальным учетом всех возможных производственных ситуаций и природных факторов, но при этом в полной мере следует использовать принципы универсальности и унификации отдельных машин и механизмов для быстрой взаимозаменяемости. Варьируя различные модули в соответствии с решаемыми технологическими задачами, можно оперативно компоновать из них горно-обогатительные комплексы с учетом конкретных горногеологических, гидрологических, эксплуатационных ситуаций и экологических требований. Создание горно-морских добычных и обогатительных средств связано с решением вопросов установки специальных машин аппаратов в зависимости от параметров геологического строения рудных россыпей, обеспечивающее высокоэффективное извлечение руды и получение концентратов только определенного металла. Несмотря на резко возросшие потребности в продуктах переработки титаномагнетитового сырья на внутреннем рынке России (с распадом СССР месторождения оказались за пределами России), до настоящего времени не освоены месторождения, имеющиеся на континентальном шельфе дальневосточных морей, минеральное сырье не добывается и не перерабатывается. В то же время, объемы и сферы применения титана и циркония, изделий и минералов из них с каждым годом вырастают и расширяются. Они крайне необходимы в машиностроении, автомобилестроении, авиации, космонавтике, оборонных отраслях промышленности, судостроении, медицине, металлургической и химической промышленности. Способность титана противостоять морской воде делает его незаменимым при сооружении платформ для добычи нефти и газа вдали от берега; емкостей для хранения нефтепродуктов и создания опреснительных установок.

286

С целью выполнения проекта промышленного освоения Проточного магнетит-ильменитового месторождения и создания первой очереди химикометаллургического комплекса в Приморском крае на базе разработки титан- и железосодержащих рудных песков шельфовых и коренных приморских месторождений, разработано укрупненное «ТЭО промышленного освоения Проточного месторождения и строительства первой очереди химикометаллургического комплекса в Приморском крае». В технико-экономическое обоснование дополнительно необходимо включить решение следующих основных вопросов:  проведение полномасштабного технологического опробования рудных песков, анализ их минералогического и химического состава, уточнение промышленных запасов магнетита, ильменита, ванадия, сфена, циркона и комплексную минерально-сырьевую и технологическую оценку месторождения;  разработка инновационных экологически безопасных промышленных технологий и технических средств добычи и обогащения рудных песков для получения моноконцентратов магнетита, ильменита и сфена, циркона:  обоснование параметров и производства оборудования для металлургического передела концентратов магнетита, ильменита и сфена с целью получения высокопроцентных титановых шлаков, микролегированной стали и ферротитана;  обоснование параметров химических технологий для переработки концентратов ильменита с целью получения пигментного диоксида титана;  определение уровня инвестиций в создание первой очереди химикометаллургического комплекса, инвестиций государственных, фирм и компаний, акционерного капитала. Литература 1. Секисов Г.В., Жуков А.В., Папулов В.И. и др. Проблемы комплексного использования титаномагнетитового сырья и целесообразности строительства химико-металлургического комбината на Дальнем Востоке // Научный доклад. Владивосток. Изд-во ИГД ДВО РАН, 1989. - 37 с.

2. Введение в концепцию создания ресурсосберегающих технологий добычи и комплексной переработки титаномагнетитов шельфа морей Дальнего Востока. Г.В. Секисов, А. В. Жуков, В. И. Папулов, В.А. .Резниченко, И.А.Карязин, Б.И. Вачаев. Ресурсосберегающие технологии в горном деле. Владивосток: ДВО АН СССР, 1991. - С. 128-135.

3. Жуков А.В., Секисов Г.В., Вачаев Б.И. Перспективы освоения титаномагнетитовых месторождений шельфа дальневосточных морей //Горный журнал. – 1992.- № 2 – 12 с.

4. Андреев Э.В., Жуков А.В., Папулов В.И. Магнитный сепаратор. Патент SU 1836154 АЗ Бюл. № 31 от 23.08.93 г.

5. Патент RU 2097565. Способ подводной разработки / Жуков А.В., Андреев Э.В., Звонарев М.И.. Товарищество с ограниченной ответственностью 287

«Дальневосточные морские исследования». - 95115844/03. - Заявл. 11.09.95; Опубл. 27.11.97. - Бюл. № 33.

6. Жуков А.В., Ковалев В.А., Тюрин А.Н. Опытно-промышленные технологии обогащения титан- и железосодержащих рудных песков шельфовых месторождений с использованием гравитационных и электромагнитных методов. // Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование. Т. 6: Сб. тр. Второй международной НПК «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». 07 – 09.02.2006. Санкт-Петербург, Россия / Под ред. А.П. Кудинова, Г.Г. Матвиенко, В.Ф. Самохина. С-Пб.: Изд-во Политехнического ун-та, 2006. с. 331 – 333.

7. Жуков А.В., Звонарев М.И., Кабанов И.Г., Тюрин А.Н. Геотехнологические процессы добычи и переработки титани железосодержащего минерального сырья шельфовых месторождений Дальнего Востока России. Высокие технологии, исследования, промышленность. Т.2.: Сб. трудов Девятой НПК «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». 22-23.04.2010; Санкт-Петербург, Россия/Под ред. А.П. Кудинова. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010.- с. 167-170.

8. Жуков А.В., Кабанов И.Г. Разработка экологически безопасных технологий добычи и предварительного электромагнитного обогащения титани железосодержащих рудных песков месторождений континентального шельфа. «Международный журнал экспериментального образования», Изд-во «Академия Естествознания», № 11, 2011, с. 105-108.

Зуб И.В. КОНТЕЙНЕРНЫЙ ТЕРМИНАЛ КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ ОХРАНОЙ ТРУДА И ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ЗАО «Логистика-Терминал», Санкт-Петербург, Россия Zub I.V. THE CONTAINER TERMINAL AS AN OBJECT OF MANAGEMENT OF SAFETY AT WORK AND INDUSTRIAL SAFETY Private Joint Stock Company «Logistika-Terminal», Saint-Petersburg, Russia Тенденция увеличения грузооборота приводит к контейнеризации грузов. Обработка груза в контейнерах повышает скорость обработки транспортных средств, исключает промежуточные операции по перегрузке товара с транспортного средства на склад и затем на другое транспортное средство, груз можно хранить на открытой площадке. В зависимости от экономической ситуации нагрузка на контейнерные терминалы (КТ) имеет волнообразную форму. При увеличении грузопотока увеличивается интенсивность погрузочно288

разгрузочных работ (ПРР), что повышает вероятность возникновения аварийных ситуаций. Перед терминальным оператором стоит задача обеспечения безопасности ПРР. Для решения данной задачи разрабатывается методика выявления закономерностей возникновения аварийных ситуаций и методика оценки их влияния на общий уровень безопасности КТ. Прогнозирование и моделирование данных аварийных ситуаций позволяет контролировать ситуацию и принимать превентивные меры. Сложность в исследовании и решении проблем охраны труда (ОТ) и промышленной безопасности (ПБ) заключается в том, что её непосредственное измерение невозможно. Безопасная и эффективная работа КТ зависит, прежде всего, от совершенства применяемой перегрузочной технике (ПТ), технологических процессов, своевременного и качественного выполнения ремонтных работ, осуществления организационных мероприятий и отношения к этим вопросам инженерно-технических работников и рабочих. Потенциально опасными объектами (ОО) на КТ являются ПТ, ОГ (на КТ которые имеют лицензию на работы с опасными грузами). Основной перегрузочной техникой КТ являются: козловые краны на пневмоходу (RTG), ричстакеры (RS), автоконтейнеровозы (АКВ). ОО = ПТ + ОГ.

(1) Проблема ПБ рассматривается как важнейший аспект использования различной ПТ. Это обусловливается сложностью ПТ и тем возможным ущербом, который может быть нанесен в случае отказа ПТ при работе с опасными грузами (ОГ) в случае его повреждения. Последовательность реализации технических, технологических и организационных решений зависит от целей собственника и возможностей КТ. Организационные и технические мероприятия по ОТ и ПБ требуют оценки их эффективности, в том числе, и экономической. ПТ, как объект повышенной опасности, рассматривается как при эксплуатации (Эк), так и при проведении ремонтно-профилактических работ (РПР) (технического обслуживания (ТО), планово-предупредительных ремонтов (ППР), осмотров (L) и испытаний (Tt)): ПТ = f (Эк, ТО, ППР, L, Tt).

(2) При эксплуатации ПТ на безопасность производства работ влияют: квалификация оператора (Кво) ПТ, психофизиологическое состояние (Pf) оператора, состояние окружающей среды (ОС) (погодные условия, состояние покрытия терминала, интенсивность движения транспортных средств и другой ПТ, сложность выполняемой операции (выполнение операций при ПРР контейнеров или негабаритного груза)), качество ППР (QППР): Эк = f (КвО, Pf, ОС, QППР).

(3) При проведении ППР ПТ на безопасность ремонтных работ влияют: квалификация ремонтного персонала (Кврп), исправность и соответствие используемого инструмента (Т), условия проведения ППР. На качество ППР влияют: квалификация ремонтного персонала, наличие технической документации (ТД), средств диагностики (СД), качество запасных 289

частей (ЗЧк), качество технических жидкостей и смазок (QТЖ), состояние окружающей среды (ОС): QППР = f (Кврп, Т, ТД, СД, QТЖ, ОС).

(4) Повышение уровня безопасности труда решается двумя методами: внедрением организационных (ОМ) и технических мероприятий (ТМ) на основе оценки условий ОТ и ПБ. К ОМ относятся: проведение инструктажей по ОТ и ПБ (ИнОТ), разработка инструкций по охране труда (ИОТ), разработка рабочих технологических карт (РТК) погрузочно-разгрузочных работ, издание приказов и распоряжений (ПР) в области ОТ и ПБ, проведение стажировок с вновь поступившими на работу сотрудниками (Ст), проведение ежегодных проверок знаний (ПЗ), обучение сотрудников на рабочем месте и в учебно-курсовых комбинатах (Об): ОМ = f (ИнОТ, ИОТ, РТК, ПР, Ст, ПЗ, Об).

(5) Под ТМ понимается своевременное и качественное проведение (ТО), планово-предупредительных ремонтов (ППР), осмотров и испытаний ПТ, разработка и изготовление специальных грузозахватных приспособлений (ГЗП): ТМ = f(ТО, ПРР, L, Tt, ГЗП).

(6) Для оценки условий труда проводится аттестация рабочих мест. При этом оцениваются условия труда по гигиеническим критериям, травмобезопасности и обеспеченности работников средствами индивидуальной защиты. Данные показатели характеризуют состояние условий труда, они не учитывают: профессиональные качества оператора ПТ; техническое состояние ПТ. Профессиональные качества (квалификация) оператора ПТ влияют как на производительность, так и на безопасность труда. При этом важную роль играет психофизиологическое состояние оператора. Техническое состояние ПТ зависит от качества профилактического обслуживания, квалификации и психофизиологического состояния ремонтного персонала. Квалификация и психофизиологическое состояние операторов ПТ и ремонтного персонала оказывает влияние на производительность и безопасность труда. Для определения квалификации и психофизиологического состояния требуются оценочные показатели, которые могли бы учесть их влияние на уровень безопасности ПРР. Если оценка квалификации сотрудников не вызывает затруднений, то оценка психофизиологического состояния сотрудников требует разработки и применения специальных тестов. Показатели тестов психофизиологического состояния, прошедшие математическую обработку, позволяют, наряду с качественной оценкой квалификации сотрудника, определить его профессиональные возможности и пути повышения его квалификации, сделать вывод о соответствии квалификации сотрудника выполняемому технологическому процессу. Эти показатели учитываются при планировании и распределении сотрудников по участкам работ. Внедрение указанных организационных мероприятий, на основе тестовых показателей, будет способствовать снижению вероятностных рисков возникновения аварийных ситуаций.

290

При оценке безопасности ПРР с помощью вероятностных показателей возникает затруднение в математическом описании действий оператора по управлению ПТ и действий по устранению последствий воздействия неблагоприятных факторов. Это связано с тем, что действия оператора ПТ дискретны, нестационарны, случайны. По статистическим показателям проводят оценку аварийности за определенный период. Вероятностные показатели анализа аварийности объективно отражают такую закономерность, что происшествие – потенциально возможный исход погрузо-разгрузочного цикла – является по своей природе случайным событием в силу случайности возникновения, во времени и пространстве движения ПТ и контейнера, неблагоприятных факторов, вызывающих его. За уровень безопасности выполнения погрузо-разгрузочного цикла принимают вероятность Р благополучного его завершения. За вероятность неблагополучного погрузо-разгрузочного цикла (уровень риска) принимаем Z. P + Z = 1.

(7) Вероятности Р и Z являются показателями безопасности погрузоразгрузочного цикла. Исходя из формулы (7), для оценки безопасности одного погрузо-разгрузочного цикла или уровня риска достаточно знать одну из указанных вероятностей. Использование на КТ современной ПТ не привело к сокращению аварийных отказов и внеплановых простоев. В случае отсутствия резервного оборудования продолжительные простои техники нарушают ритмичность работы КТ. Это приводит к увеличению нагрузки на работников, обслуживающих ПТ, отрицательно сказывается на результатах труда, приводит к возрастанию вероятности получения производственных травм и профессиональных заболеваний. Проблемы ОТ и ПБ рассматриваются как применительно к конкректному КТ, так и к конкретной ситуации. Это обусловливает необходимость разработки методики прогнозирования безопасной и эффективной эксплуатации ПТ как основного объекта, определяющего уровень аварийности и производственного травматизма. Для обеспечения безопасной эксплуатации с сотрудниками проводится обучение, где рассматриваются вероятные аварийные ситуации и пути их решения. Формируется банк вероятных ситуаций S = (S1, …, Sn), определяется f(x/Si) – плотность вероятности описания x ситуации при условии, что описание принадлежат к ситуации Si. Обозначим вероятность возникновения ситуаций z1, z2,…, zn, где ∑z =1, z >0. Определим множество решений возникших ситуаций Dd = (D1, …, Dm), пространство решений D состоит из m+1 возможных решений. Для определения предпочтительного решения определяют решающее правило λ(x), которое может быть представлено как распределение вероятностей на пространстве решений D. Для каждой ситуации определяется решение (функция предпочтения) f(Di, S) = fij (i = 1, , j = 1, ).

(8) 291

где fij – значение функции предпочтения при оценке i-го решения в j-й ситуации. Проработка вероятных аварийных ситуаций и пути их решения позволит сотруднику при возникновении таких ситуаций действовать уверенно с минимизацией возможных отрицательных последствий.

Коннова А.С. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВЫКУПОВ ДОЛГОВЫМ ФИНАНСИРОВАНИЕМ В УСЛОВИЯХ РОССИЙСКОГО РЫНКА СЛИЯНИЙ И ПОГЛОЩЕНИЙ Санкт-Петербургский государственный университет экономики и финансов, Санкт-Петербург, Россия Konnova A.S. LEVERAGED BUYOUTS EFFICIENCY AT THE RUSSIAN M&A MARKET State Saint-Petersburg University of Economics and Finance, Saint-Petersburg, Russia На современном этапе наблюдается восстановление мирового рынка слияний и поглощений, обусловленное стабилизацией общей экономической обстановки в посткризисный период. Как следствие, многие международные аналитические агентства прогнозируют очередной «бум» выкупов долговым финансированием так называемых LBO (leveraged buyout) на мировом рынке M&A. Российский рынок сделок по слияниям и поглощениям по-прежнему далек от количественных значений 2004-2008гг., но также демонстрирует явные признаки восстановления: в 2011 году было отмечено около 1070 завершенных сделок, что на 20% больше результата 2010 года, стоимостной объем рынка в 2011 г. также значительно вырос по сравнению с показателем 2010г. до уровня $90,3 млрд. (на 64% больше 2010 года) [1]. Несмотря на это, российские эксперты ставят под сомнение возможность роста числа сделок LBO на российском рынке M&A. Дело в том, что проведение выкупов долговым финансированием в стране и управление существенной долговой нагрузкой по-прежнему сопряжено с высоким рисками. Это и предпринимательский риск, представляющий собой опасность того, что компания-цель не сможет производить достаточно прибыли для осуществления платежей по долгу и выполнения других текущих обязательств, и рыночный риск, выражающийся в росте процентной ставки, что может увеличить обязательства компании. Для того чтобы оценить реальную возможность выкупов долговым финансированием, получить широкое распространение в России при благоприятном развитии финансового и кредитного рынка и поддержке инициативы иностранных инвесторов со стороны государства, следует провести эмпирическое исследование, охватывающее большой массив уже 292

реализованных ранее LBO и определить, получают ли акционеры доходность сверх нормы в ходе выкупа долговым финансированием, и то, в каком объеме она может быть получена. Для реализации описанных целей как метод исследования может использоваться событийный анализ: анализируется поведение цены акции российской компании и изменение (появление) сверхнормативной доходности под влиянием объявления о выкупе. В рамках данного подхода эмпирическое исследование строится на методе накопленной избыточной доходности (Cumulative Abnormal Return, CAR), в основе которого лежит анализ реакции фондового рынка на объявления о сделках, в данном случае, о проведении выкупа. Проведенный анализ, охвативший массив выкупов, о проведении которых на российском рынке было объявлено в период с 1992 по 2011 год, выявил положительную и значительную доходность по выкупам на российском рынке в рассматриваемом окне события (-30; +30 дней) – значительную кумулятивную сверхнормативную доходность в размере более десяти процентов. Т.е. объявление об LBO вызывают значительную положительную сверхнормативную доходность для акционеров, подтверждая тем самым эффективность данного типа сделок. Результаты проведенного эмпирического исследования могут быть также подкреплены следующими выводами зарубежных экономистов об эффективности выкупов долговым финансированием. Во-первых, в процессе реализации LBO возникает «предпринимательский» взгляд на бизнес: владельцы оказываются непосредственно вовлеченными в бизнес, что улучшает их систему стимулов [2]. Во-вторых, согласно теории агентских издержек, выкуп акций приводит к снижению издержек вследствие уменьшения конфликта интересов собственников и менеджмента [3]. Втретьих, при переходе компании из открытого типа в закрытую происходит снижение «политических издержек» (компания зарабатывает, снижая затраты на обслуживание акционеров, раскрытие информации и т.д.). И, наконец, существенно возросшие расходы на обслуживание долга ведут к уменьшению налогового бремени. Таким образом, оценив существующие теоретические концепции, относящиеся к теме LBO, и проведя собственное эмпирическое исследование, можно сделать следующий вывод. Мировая популярность выкупов долговым финансированием, их эффективность и положительные предпосылки, постепенно возникающие на российском рынке, способны стать важным стимулом к развитию LBO в России в ближайшем будущем. Литература 1. Российский рынок M&A. База информационно-аналитического портала «Слияния и Поглощения в России» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://old.mergers.ru/rusrinok/. - Загл. с экрана.

2. Jensen M. Agency costs of free cash flow, corporate finance and takeovers // American Economic Review. – 1976. - P. 326 – 329.

293

3. Bull I. Financial Performance of Leveraged Buyouts: an Empirical Analysis // Journal of Business Venturing. – 1989. – N 4 – P. 327.

Кахраманлы Ю.Н., Мамедханова С.А. СОРБЦИОННАЯ ОЧИСТКА ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ Азербайджанская государственная нефтяная академия, Баку, Азербайджан Gahramanly J.N., Mamedhanova S.A. SORPTION CLEARING OF THE WATER TABLE FROM MINERAL OIL The Azerbaijan state oil academy, Baku, Azerbaijan Аварийные разливы нефти и нефтепродуктов в процессе их добычи, переработки и транспортировки оказывают довольно опасное воздействие на окружающую среду, вызывая быструю ответную реакцию, в особенности в водной среде. Удаление нефтепродуктов с водной поверхности осуществляют различными методами: механическим, биологическим, а также физикохимическими методами с использованием различных типов неорганических и органических сорбентов. Накопившийся мировой опыт по ликвидации аварийных разливов на водной поверхности все больше свидетельствует о преимуществе сорбентов, которые позволяют оперативно и с меньшими затратами осуществить сбор и переработку нефти и нефтепродуктов. Однако отсутствие систематических и довольно углубленных исследований в этой области не позволяли осуществить грамотный подход к подбору сорбентов и их практическому использованию при аварийных ситуациях. Учитывая важность и актуальность работ по ликвидации аварийных разливов, за последние годы значительно повысился интерес к пенополимерным материалам, в особенности в направлении исследования их сорбционных характеристик по нефтепродуктам. Причин для столь особого внимания к этим сорбентам было несколько: 1) возможность использования вторичных продуктов для производства сорбентов; 2) высокая сорбционная емкость по нефтепродуктам; 3) длительная плавучесть на водной поверхности; 4) способность к многократной регенерации и т.д. В совокупности все эти преимущества пенополимерных сорбентов позволяют рассматривать их как суперсорбенты с перспективой широкого использования в процессе сбора нефти и нефтепродуктов с водной поверхности. В данной работе в основном будут рассматриваться пенополимерные сорбенты, полученные на основе сшитого и гидрофобизированного полистирола (ППС). В качестве сорбата использовали трансформаторное и компрессорное масла, отвечающие требованиям стандарта.

294

Таблица 1. Влияние объемной массы ППС на сорбционную емкость по нефтепродуктам Время Объемная масса, Трансформаторное Компрессорное экспозиции, час кг/кг масло масло 3 10 24 48 72 96 3 10 24 48 72 96 3 10 24 48 72 96 3 10 24 48 72 96

50-75

150-180

280-320

500-520

5.7 6.6 7.0 7.9 8.0 8.0

5.0 6.2 7.3 8.0 8.2 8.2

6.4 7.8 8.3 9.4 9.4 9.6

6.0 7.2 8.4 9.5 9.8 10.0

7.9 9.3 10.8 12.6 12.8 12.8

8.0 9.2 10.6 12.5 12.8 12.8

4.4 5.4 6.0 6.0 6.2 6.2

4.7 5.5 6.2 6.3 6.5 6.6

Как видно из таблицы 1, сорбционная способность рассматриваемых сорбентов существенным образом зависит от их объемной массы (кажущейся плотности). По нефтяным маслам максимальная сорбционная емкость наблюдается на сорбентах средней плотности с объемной массой, равной 280320 кг/м3. Низкое значение сорбционной емкости на сорбентах ППС с объемной массой 50-75 кг/м3 объясняется слабой удерживающей способностью ячеек с диаметром 0.8-1.0 мм. Еще более низкие значения сорбционной емкости по маслам установлены на образцах с объемной массой, равной 500-520 кг/м3. Последнее обстоятельство объясняется капиллярным эффектом, когда вязкость 295

масел оказывается достаточно высокой для сорбции в объеме ячеек с диаметром 0.05-0.1мм. Другой весьма важной характеристикой пенополимерных сорбентов является их способность к многократной регенерации. В ходе проводимых исследований было найдено, что даже 20-ти кратная регенерация сорбентов приводит лишь к незначительному снижению сорбционной емкости (на 7.08.0%), что является достаточно хорошим показателем эффективности их использования. Принимая во внимание, что сорбенты используются в различных климатических условиях, представлялось интересным изучить влияние температуры среды на их сорбционную способность. В частности, было установлено, что с повышением температуры от 283 до 323К в начале намечается общая тенденция к увеличению сорбционной емкости по рассматриваемым маслам. Однако на сорбентах с объемной массой, равной 5075 кг/м3, при температуре свыше 313К наблюдается процесс десорбции, сопровождающийся снижением сорбционной емкости. Возможно, что в капиллярах со сравнительно большим диаметром пор с повышением температуры вязкость сорбата снижается настолько, что силы взаимосвязи сорбент-сорбат оказываются ниже, чем связь сорбат-сорбат.

Мартюшев Н.В. ПРИМЕНЕНИЕ ПОКРЫТИЯ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ НА ОСНОВЕ НАНОПОРОШКОВ ПРИ ЛИТЬЕ МЕДНЫХ СПЛАВОВ Томский политехнический университет, Томск, Россия Martyushev N.V. COPPER ALLOYS MOULDING WITH APPLICATION OF THE CASTING MOLD COVERING ON THE NANOPOWDERS BASIS Tomsk polytechnic university, Tomsk, Russia Значительная часть отливок из свинцово-оловянистых бронз в настоящее время получается литьем в стальные и чугунные кокили. Литье таких сплавов в кокиль сопряжено с образованием газовых дефектов на поверхности. Для большого количества типов деталей выполняемых таким способом (поршневые кольца, уплотнения, подшипники скольжения) наличие поверхностных дефектов на изделии является недопустимым. Существует ряд способов предотвращения образования таких дефектов и обеспечения повышения качества поверхности отливок. Это литье в принудительно охлаждаемые кокили [1], литье в предварительно подогретые литейные формы [2]. Однако эти способы достаточно сложны в реализации и зачастую не могут полностью удалить литейные дефекты, образующиеся на поверхности.

296

Перспективным способом повышения качества поверхности отливок является использование обмазок литейной формы. За счет создания дополнительной среды отделяющей расплав от изложницы удается практически полностью устранить пригар. Кроме того, такие покрытия формы обладают низкой теплопроводностью, что увеличивает время нахождения расплава в жидком состоянии и способствует более полному удалению газов из расплава. Часто в таких обмазках формы используют органические связующие, которые при сгорании сами служат источниками газов, приводя к образованию на поверхности ситовидной пористости [2]. Кроме того, наиболее часто используемые покрытия при литье медных сплавов содержат в качестве наполнителя относительно крупные частицы материалов (графит, оксид хрома), что приводит к расслаиванию при выстаивании обмазок. Решением вышеперечисленных проблем в данном случае может служить использование ультрадисперсного порошка (УДП) в качестве наполнителя [3]. В данной работе представлены данные исследования по влиянию УДП входящих в состав обмазок на свойства поверхности отливок. Материал, используемый для исследований – бронзы марок БрО8С10Ц2Н2 и БрО10С13Ц2Н2. Изготовление заготовок велось способом горизонтального центробежного литья в стальные и чугунные формы. Для сравнения производили отливку как без использования обмазок формы, так и с ними. Перед заливкой на предварительно подогретые до температуры ~200-250 ºС литейные формы наносились обмазки следующих составов: антипригарное покрытие (смесь крупнодисперсного порошка окиси хрома и прокаленного растительного масла); АСПФ-2/РгУ (на основе порошка графита); смесь нанопорошка диоксида циркония с индустриальным маслом – патент № 2297300; смесь нанопорошка оксида алюминия с индустриальным маслом. Размеры частиц используемых УДП оксида алюминия и диоксида циркония лежат в пределах 50-400 мкм. При литье в кокиль без использования обмазок, процент брака в готовых отливках из-за газовых дефектов доходил до 50% и более. Увеличение скорости охлаждения, в данном случае, не привело к уменьшению процента бракованных изделий. Некоторое улучшение ситуации наблюдалось при использовании антипригарных покрытий – смеси крупнодисперсного порошка окиси хрома и прокаленного растительного масла и антипригарного противозадирного смазочного материал АСПФ-2/РгУ. Размеры частиц порошков, входящих в состав этих покрытий, находились в пределах 0,30,06 мм. Использование этой технологии позволило сократить процент бракованных заготовок с 50% до 40% при использовании обмазки на основе порошка окиси хрома и 25-30% для АСПФ-2/РгУ. Брак в данном случае получался из-за образования ситовидной пористости на поверхности отливки, поры проникали в поверхность на глубину около 5-6 мм. Частицы порошков хрома в обмазке первого состава и графита в обмазке второго состава обладают невысокой пористостью, вследствие чего движение газа сквозь них затруднено. Решением проблемы стало использование в качестве наполнителя обмазки нанопорошка с очень маленьким размером частиц. Газовые дефекты на 297

поверхности отливки по-прежнему сохраняются, но их становится значительно меньше и меняется их форма. При этом глубина дефектов не превышает 1-1,5 мм, что не выходит за пределы напуска. Необходимо отметить, что такой состав обмазки позволяет достигать чистоты поверхности отливки Rz 30-40, использование же стандартной обмазки дает лишь Rz 100-150 (на тех поверхностях, где не образуется газовая пористость). При использовании обмазки на основе УДП оксида алюминия достигалась шероховатость поверхности Rz 40-50. Применение обмазок литейной формы, содержащих нанопорошки оксидов металлов, позволило в несколько раз (2-4) снизить шероховатость поверхности отливок, устранить газовую пористость на поверхности и убрать неслитины при центробежном литье свинцово-оловянистых бронз. Литература 1. Хахалин Б.Д Работы института по освоению центробежной отливки чугунных труб // Сб. ВНИТОЛ «Центробежное литье чугунных труб». – М.: Машгиз, 1951. – С.25–44.

2. Константинов Л.С. Газовые явления при центробежном литье и вызываемые ими дефекты отливок // Литейное производство. – 1959. – №6. – С.32–35.

3. Крушенко Г.Г., Москвичев В.В., Буров А.Е. Применение нанопорошков химических соединений при производстве металлоизделий // Тяжелое машиностроение. – 2006. – №9. – С.22–25.

Нефедов Р.А., Малиновская Т.Д., Сачков В.И. ТЕХНОЛОГИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ РУДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ САЛАИРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ СФТИ ТГУ, Томск, Россия Nefedov R.A., Malinovskaya T.D., Sachkov V.I. TECHNOLOGY OF COMPLEX PROCESSING OF ORE CONCENTRATES OF THE SALAIR FIELD Siberian Physico-Technical Institute of Tomsk State University, Tomsk, Russia

Основное рудное тело Салаирского медно-золотоносного месторождения представляет собой упорные кварциты с включениями сульфидного золота, серебра и меди. Проблема извлечения благородных металлов из технологически упорных руд и концентратов, не поддающихся обработке простыми, общепринятыми в промышленной практике методами, является одной из наиболее важных в цветной металлургии. Золотосодержащие руды, в 298

которых золото находится в тесной ассоциации с сульфидными минералами, чаще всего с арсенопиритом и пиритом, не извлекается цианированием даже после сверхтонкого измельчения руды. Актуальность переработки таких руд становится еще более очевидной в связи с планомерным ухудшением качества перерабатываемого золоторудного сырья, с планируемым вовлечением в эксплуатацию новых крупных месторождений упорных руд [1]. В последние годы, возросшие требования к комплексности использования сырья и охране окружающей среды приобретают особую остроту в случае переработки именно упорных руд и концентратов. С экологической точки зрения при переработке упорных руд серьезной проблемой является необходимость вывода содержащегося в них мышьяка в относительно безвредных для складирования или захоронения формах. В данной работе исследованы образцы рудных концентратов Салаирского месторождения. На основании всестороннего анализа фазового и элементного состава данных рудных образцов предложена технологическая схема комплексной переработки (рис. 1), включающая возможность извлечения ценных компонентов, таких как золото, серебро, цинк, медь и др., а также исключающая необходимость захоронения или выбросов высокотоксичных элементов (As, Sb, Te и др.) в окружающую среду. В данной схеме переработки осуществляется первичная термическая обработка рудного тела при 600ºС, в результате которой происходит окисление сульфидов с выделением диоксида серы и окиси мышьяка в газообразном виде. Образованная газообразная смесь оксида серы и окиси мышьяка поступает на электрофильтр, где происходит селективное осаждение оксида мышьяка. В дальнейшем, по мере накопления, оксид мышьяка отправляется на переработку в конечный продукт (металлический мышьяк). Диоксид серы поступает в каталитический реактор окисления, где кислородом воздуха окисляется до SO3. Полученный серный ангидрид используется для доукрепления серной кислоты, которая используется на стадии вскрытия руд. Сернокислотное вскрытие прокаленного кека осуществляется серной кислотой с концентрацией 150г/л. При этом в раствор переходят такие металлы как цинк, медь, железо и РЗЭ. После стадии вскрытия пульпа подвергается фильтрации: полученный раствор ([H2SO4]=120г/л) подвергается электролизу, в процессе которого на электродах в свободном виде выделяются цинк, железо и медь. Отработанный электролизный сернокислотный раствор после стадии ионообменной очистки, где на смоле осаждаются РЗЭ, возвращается на доукрепление. Твердый остаток, полученный после фильтрации вскрытой пульпы, содержащий, в основном, благородные металлы и свинец, подвергается сернокислотной переработке в присутствии окислителя, при этом образуется раствор благородных металлов (Au, Ag), свободный от свинца, который передается на аффинажное производство. В настоящее время начата экспериментальная апробация предложенной технологической схемы, первые результаты которой показали ее перспективность по сравнению с традиционными схемами переработки.

299

Полнота извлечения ценных компонентов составила, в среднем, более 95%, а количество высокотоксичных элементов (As, Sb, Te и др.) в отвале не превышает допустимых санитарно-экологических норм.

Рис. 1. Технологическая схема комплексной переработки рудного концентрата Салаирского месторождения Литература 1. Ежегодный доклад Союза золотопромышленников «Золото – 2010» // http://www.zolteh.ru/ журнал "Золото и технологии" № 2(12)/2011 г.

Нургалиева Г.О., Джусипбеков У.Ж., Баяхметова З.К., Таубаева А.С. МОДИФИКАЦИЯ И ПЕРЕРАБОТКА ФОСФОГИПСА НА НОВЫЕ ВИДЫ МАТЕРИАЛОВ Институт химических наук им. А.Б.Бектурова, Алматы, Казахстан Nurgalieva G.О., Dzhusipbekov U.Z., Bayakhmetova Z.K., Taubayeva А.S. MODIFICATION AND TREATMENT OF PHOSPHOGYPSUM ON NEW KINDS OF MATERIALS Institute of chemical sciences named after A.B. Bekturov, Almaty, Kazakhstan

300

Prospect of treatment of phosphogupsum in the presence of humate sodium on new kinds of materials are showed. Optimal conditions of the process are determined, possibility of application of the received materials as fertilizing products is showed.

Key words: phosphogypsum, humate sodium, optimal conditions, new materials. В работе показана перспективность переработки фосфогипса в присутствии гумата натрия на новые виды материалов. Определены оптимальные условия процесса, показана возможность использования полученных материалов в качестве удобрительных продуктов. Ключевые слова: фосфогипс, гумат натрия, оптимальные условие, новые материалы. Проблемы рационального использования природного сырья и охраны окружающей среды могут быть решены на основе принципиально новых безотходных технологий и перспективных материалов. Исходя из этого, вопрос переработки фосфогипса является особенно актуальным. В Институте химических наук им. А.Б.Бектурова установлены физико-химические закономерности процессов взаимодействия в системе «фосфогипс – гумат натрия». В результате проведенных исследований выявлено, что ионы кальция при взаимодействии с гуминовыми соединениями образуют гуматы кальция, в которых наблюдается ионная форма связи карбоксильных групп, а ионы железа, свинца, цинка и др. металлов взаимодействует с гуматами с частичным замещением карбоксильных и фенольных гидроксильных групп. На основании полученных результатов определены оптимальные условия процесса получения новых видов материалов на основе фосфогипса и гуматсодержащих соединений. Экспериментальные данные показали, что введение гумата натрия способствует образованию растворимых форм Р2О5, при этом коэффициент усвояемых форм Р2О5 повышается до 87,26 отн.%, а воднорастворимых – до 43,94 отн.%. По сравнению с фосфогипсом, коэффициент воднорастворимых форм Р2О5 увеличивается до 22,04%. В результате проведенных исследований выявлено, что рост нормы фосфогипса от 10 до 100 г способствует повышению количества связанного с гуминовой кислотой кальция, содержание общего, усвояемого и воднорастворимого Р2О5. В ходе экспериментальных работ определено, что увеличение соотношений Т:Ж от 1:2 до 1:10 приводит к увеличению количества связанного с гуминовыми соединениями кальция и выхода свободных гуминовых кислот. Однако разбавление суспензии более 1:5 не способствует значительному изменению характеристик получаемых продуктов. Установлено, что повышение температуры процесса, независимо от концентраций гумата натрия, нормы фосфогипса и продолжительности процесса, приводит к повышению количества связанного с гуминовыми соединениями кальция и содержания всех форм фосфора. Показано, что на взаимодействия исходных компонентов не оказывает существенного влияния продолжительность процесса.

301

На основании выявленных физико-химических закономерностей предложена технологическая схема процесса получения новых видов материалов на основе фосфогипса и гумата натрия. Схема включает ряд стандартных стадий химических производств, таких как смешение исходных компонентов, сушку и размол готового продукта. Разработанная технология обеспечивает полную утилизацию фосфогипса, его переход в растворимое состояние и протекание процессов до 100 оС, позволяет варьировать технологические показатели процесса, способствует получению новых видов материалов на основе фосфогипса и гуматсодержащих соединений с заданным составом и регулируемыми свойствами. Кроме того, данное технологическое решение позволяет использовать типовое оборудования фосфорных и других химических предприятий и является безотходной. Проведенные агрохимические исследования на культуре томатов показали возможность применение новых видов материалов на основе фосфогипса и гуматсодержащих соединений в качестве эффективных удобрительных продуктов. На основании полученных данных разработана инструкция по применению этих продуктов при выращивании различных сельскохозяйственных культур. Установлено, что полученные на основе фосфогипса и гуматсодержащих соединений удобрительные продукты не слеживаются, не комкуются, обладают хорошими физико-механическими свойствами, т.е. они сыпучи, негигроскопичны. Применение таких удобрений: - обеспечивают растение и почву растворимой и усвояемой формой фосфора, серы, кальция, магния, железа, физиологически активных гуминовых соединений и других веществ; - активизируют обмен веществ, регулируют поступление минеральных веществ в организм растений, способствуют снижению норм их внесения; - нейтрализуют вредного влияния высоких доз NPK, пестицидов, ядохимикатов и других токсичных веществ; - способствуют повышению содержания гумуса и плодородия почв; - способствуют лучшей приживаемости растений при посадке, росту в период вегетации, повышают их продуктивность и качество готовой продукции. Таким образом, в результате проведенных исследований показана возможность переработки многотоннажного отхода производства – фосфогипса – на новые виды продуктов с различным содержанием фосфора, серы, кальция, физиологически активных гуминовых соединений и других веществ. В отличие от известных способов, предлагаемая технология позволяет 100% использование фосфогипса и обеспечивает полное изменение его структуры с последующим образованием хорошо растворимых солей без применения громоздких и дорогостоящих технологических приемов и оборудования.

302

Орловская С.Г., Калинчак В.В., Зуй О.Н. ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ТЕПЛОМАССООБМЕН В ГАЗОВЗВЕСЯХ ПОРИСТЫХ УГЛЕРОДНЫХ ЧАСТИЦ Одесский национальный университет им. И.И. Мечникова, Одесса, Украина Orlovskaya S.G., Kalinchak V.V., Zuy O.N. HIGH-TEMPERATURE THERMAL AND MASS TRANSFER IN AEROSUSPENSIONS OF POROUS CARBON PARTICLES Odessa National I.I. Mechnikov’s university, Odessa, Ukraine Актуальным вопросом энергетики является управление процессом горения диспергированных угольных топлив посредством изменения режимных параметров процесса: температуры газообразного окислителя, размера и концентрации частиц. В работе проводились исследования процессов воспламенения, горения и потухания монодисперсной аэровзвеси углеродных частиц при различных численных концентрациях. Нами разработана физико-математическая модель высокотемпературного тепломассообмена совокупностей углеродных частиц с учетом реагирования в порах частиц и стефановского течения на их поверхности [1-2]. В результате физико-математического моделирования были определены характеристики воспламенения, горения и потухания газовзвесей углеродных частиц и проведено сравнение с соответствующими характеристиками для одиночной частицы. На рис. 1 представлены зависимости критического диаметра воспламенения ( d I ) от температуры газа ( T g ). Видно, что влияние коллективного эффекта больше проявляется при меньших температурах газа: при температуре газа T g =1200К критический диаметр воспламенения для более плотной газовзвеси (кривая 1) в 2 раза меньше, чем для одиночной частицы (кривая 4).

60 56 52 48

di, мкм 4 3

44 40 36 32 28 24 20

2

1

Tg, K 16 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550

Рис. 1. Зависимости d I (Tg ) . Газовзвеси с численными концентрациями: 1- C N =9.55∙108 м-3; 2 - C N =1.91∙108м-3; 3 - C N =1.91∙107м-3; 4 - одиночная частица.

303

Получено, что зависимость времени горения (tbur ) от начального диаметра частицы (d b ) (рис. 2) для газовзвесей и для одиночной частицы имеют качественно различный характер. Для одиночной частицы зависимость tbur (db ) монотонно возрастет (кривая 3). Для горения в условиях газовзвеси (кривая 2) наблюдается максимум. Затем, при d b >150 мкм, время горения резко уменьшается, так как для плотных газовзвесей [1] концентрация кислорода понижается еще на стадии воспламенения, вследствие чего вскоре после воспламенения они потухают. Потухание происходит при диаметрах и массах частиц, близких к начальному значению (рис. 2б, кривые 1 и 2 после т.В). Найдены интервалы диаметров частиц, для которых происходит наиболее полное выгорание топлива (рис. 2б, интервал [АВ]). В отличие от газовзвесей, для одиночной частицы наблюдается монотонная зависимость критической массы ( mE ), определяющей потухание частиц от их начального диаметра (рис.2, кривая 3).

3,0

tbur, c

а)

-9

10

mE, кг

б) 1

2,5 -10

10 2,0

-11

3

10

2

-12

10

1,5

АB 2

-13

10

3

1,0

-14

10 0,5

-15

10 1

db, мкм

0,0 40

80

120

160

200

240

280

A

B

-16

db, мкм

10

40

80

120

160

200

240

280

Рис. 2. Зависимость t bur (d b ) и m E (d b ) . T g =1200 К. Газовзвеси: 1 – C N =1.91∙108м-1, 2 – C N =1.91∙107 м-1; 3 – одиночная частица. Установлено, что с увеличением численной концентрации частиц в аэровзвеси C N , интервал максимального выгорания сужается и смещается в область малых диаметров. При этом значительно уменьшается и полнота сгорания (рис. 2, кривая 1). Литература 1. S.G. Orlovskaya, V.V. Kalinchak, O.N. Zuy Air-carbon particles suspension ignition and combustion with account of reactions in pores // The Tenth International Conference on Combustion and Energy Utilization (10th ICCEU), Mugla University, May 4-8, 2010. – Mugla, 2010. – P. 67-70.

2. Калинчак В.В., Зуй О.Н., Орловская С.Г. Влияние температуры и диаметра пористых углеродных частиц на кинетику химических реакций и тепломассообмен с воздухом // Теплофизика высоких температур. – 2005. – Т.43, №5. – С.780-788.

304

Усупов С.С. АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМАМИ РАБОТ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА Казахстанско-Британский технический университет, Алматы, Казахстан Ussupov S.S. AUTOMATIC REGULATION SYSTEM BY THE MODES OF THE MACHINE TOOL WORK Kazakh-British Technical University, Almaty, Kazakhstan В работе [1] представлена универсальная автоматическая система стабилизации и регулирования режимами работы металлорежущих станков с обратной электрогидравлической связью. Данная система может быть использована в станках, предназначенных как для чистовой, так и для получистовой и черновой видов механической обработки, а также в горных, бурильных и строительных машинах. Отличие структурных схем, представленных на рисунке 1 и рисунке 2, которое состоит в разнице передаточных функций силовых цилиндров, обусловлено с учетом и без учета сжимаемости рабочей жидкости. В станках, предназначенных для чистовой обработки, в отличие для станков, выполняющих черновой вид обработки, сжимаемость жидкости не учитывается при режимах работы с небольшими отклонениями нагрузки.

Рисунок 1. Структурная схема автоматической системы без учета сжимаемости рабочей жидкости

305

Рисунок 2. Структурная схема автоматической системы с учетом сжимаемости жидкости Передаточная функция замкнутой системы имеет вид: W1 ( P)  W2 ( P )  W3 ( P) W зк ( P )  (1) 1  W1 ( P )  W2 ( P )  W3 ( P )  W4 ( P )  W5 ( P )  W6 ( P )  W7 ( P)  W8 ( Р ) С учетом передаточных функций элементов системы: а) без учета сжимаемости рабочей жидкости к з к1к s Т 02 р 2  2Т 0 р  1 W зк ( Р)  2 2 (2) Т 0 р  2Т 0 р  1 Т1 р  1  к з к1кs кдр к Д к у к м к р б) с учетом сжимаемости рабочей жидкости к з к1к s Т 02 р 2  2 Т 0 р  1 W зк ( Р )  Т 02 р 2  2 Т 0 р  1Т12 р 2  21Т1 р  1  к з к1к s кдр к Д к у к м к р (3) Анализ устойчивости системы с использованием критерий Рауса-Гурвица показал, что все коэффициенты при переменных положительны, поскольку они представляют физические величины, и поэтому не могут быть отрицательными, и в выражениях отсутствует минус, следовательно, первое условие неравенства для обоих случаев выполняется. Второе условие неравенств будут выполняться только при правильном подборе параметров автоматической системы, для чего необходимо исследовать влияние их на устойчивость системы автоматического регулирования. Выводы 1. Разработана математическая модель гидропривода с адаптивной электрогидравлической системой регулирования режимами работ, позволяющая с использованием ПЭВМ рассчитать его динамические качества: переходные процессы, оценку длительности переходного процесса, величины ошибки регулирования и исследовать устойчивую работу привода на заданном диапазоне режимов работ.

2. С использованием прикладных программ для ПЭВМ можно осуществить выбор и расчет оптимальных значений основных параметров системы, что позволяет решать обоснованно вопросы ее проектирования.

306

Литература 1. Усупов С.С. Разработка универсальной автоматической системы регулирования режимами работы станков. //Вестник КазАТК, Алматы, 2007, №2, с.131-135.

Цок Г.Н., Томилова Н.И., Калинин А.А. ПРОГРАММА КОМПЛЕКСНОГО РАЗВИТИЯ ТЕПЛОСНАБЖАЮЩИХ СИСТЕМ МЕГАПОЛИСОВ Карагандинский государственный технический университет, Караганда, Казахстан Tsok G.N., Tomilova N.I., Kalinin A.A. THE PROGRAM OF INTEGRATED DEVELOPMENT DISTRICT HEATING SYSTEMS OF BIG CITIES Karaganda State Technical University, Karaganda, Kazakhstan Планирование перспективного развития энергоснабжения мегаполисов Республики Казахстан в условиях рыночной экономики представляет собой одну из сложных и до конца не поставленных задач развития топливноэнергетического комплекса (ТЭК) страны [1]. Программа решения проблем эксплуатации, наладки и комплексного развития теплоснабжающей системы должна формироваться на основе системного подхода, определять единую политику по организации деятельности, перспективному развитию, согласованию интересов и разработке производственных и инвестиционных программ субъектов теплоснабжения [2]. В итоге, она должна содержать результаты системного исследования по следующим направлениям:  Детальный технический, экономический и организационный анализ текущего состояния теплоснабжающей системы мегаполиса с формулированием существующих проблем надежности, качества, экономичности, экологичности и доступности для потребителей. На данном этапе формируется набор основных параметров системы теплоснабжения, определяющих уровень эффективности ее эксплуатации (себестоимость 1 Гкал отпущенного тепла, удельный расход сетевой воды, удельный расход электроэнергии и затраты на транспорт тепла, удельный расход топлива на тепловую нагрузку, удельное потребление топлива на одного жителя мегаполиса, удельная стоимость ремонтных и аварийно-восстановительных работ, удельная численность персонала и т.д.);  Кратко- и среднесрочный прогноз условий развития существующей теплоснабжающей системы с разработкой стандартного набора технических решений: замена источников и сетей, выработавших свой ресурс, строительство новых источников и сетей для подключения новых потребителей, повышение 307

энергетической эффективности действующих энергетических технологий посредством разработки и внедрения энергосберегающих проектов;  Разработка в рамках системного подхода необходимого набора технических, экономических, организационных и административных решений, учитывающих интересы всех основных субъектов теплоснабжения мегаполиса, а также функционально связанных с теплоснабжением организаций городской инфраструктуры. Решения этого этапа должны быть направлены на снижение издержек в системе, а также на повышение энергетической эффективности и энергосбережения;  Разработка программы комплексного развития системы теплоснабжения мегаполиса на следующий период с оценкой реализуемости и экономической эффективности набора технических, экономических, организационных и административных решений, включая оптимизацию загрузки источников теплоснабжения и снижение удельной себестоимости тепловой энергии. Основным критерием оптимальности загрузки источников в системе должна быть доля выработки электрической и тепловой энергии на тепловом потреблении на ТЭЦ;  Разработка оптимального набора методов финансирования включая: собственные ресурсы, освобождающиеся за счет изменения технологических процессов, за счет проведения энергосберегающих мероприятий, за счет тарифа на присоединение, за счет частных инвестиций, кредитов, концессионных схем, целевых возвратных бюджетных ссуд и др.;  Организация разработки и сопровождения программы комплексного развития системы теплоснабжения мегаполиса и ее утверждение представительным органом муниципального образования (Департаменты энергетики и коммунального хозяйства Акиматов мегаполисов). Разработка программы и схемы реализации проблем эксплуатации, наладки и комплексного развития системы теплоснабжения мегаполиса являются наукоемкими процессами, эффективность реализации которых зависит от следующих факторов:  полноты, достоверности и доступности исходной информации о технических, экологических, экономических характеристиках объектов инженерной инфраструктуры мегаполиса;  нормативной полноты и исполнения постоянно совершенствуемых законов, регулирующих основные правовые, экономические, организационные, социальные, технические и технологические отношения, возникающие в процессе производства, передачи и использования электрической и тепловой энергии в мегаполисе;  доступности результатов научных исследований по проблемам действующих и проектируемых энергоэффективных технологий, выполняемых в академических центрах стран, использующих технологии совместной выработки тепловой и электрической энергии.

308

 доступности современного технологического оборудования на мировом рынке энергомашиностроения для комплектации проектов энергосбережения, модернизации и перспективного развития теплоснабжающих систем мегаполисов. Литература 1 Карасев Н.И. Концепции комплексного развития систем теплоснабжения в мегаполисах Республики Казахстан. // Вестник Алматинского института энергетики и связи. – 2008. – №3. – С. 11-16.

2 Яковлев Б.В. Повышение эффективности теплофикации и теплоснабжения. – М.: Новости теплоснабжения, 2008. – 446 с.

Чейдо Г.П., Благодарный А.И., Собстель Г.М., Шакиров С.Р. ВОЗМОЖНОСТИ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ ПО АНСАМБЛЯМ ИЗМЕРЕНИЙ Конструкторско-технологический институт вычислительной техники СО РАН, Новосибирск, Россия Cheido G.P., Blagodarniy A.I., Sobstel G.M., Shakirov S.R. DIAGNOSTIC MEASUREMENTS ON MINE POWER SUPPLY SYSTEMS Design Technological Institute of Digital Techniques, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russia Энергоэффективность предприятий и затраты на поддержание энергетической инфраструктуры существенно зависят от своевременного обнаружения отклонений параметров оборудования от эксплуатационной нормы [1], для чего проводятся мероприятия по диагностике оборудования. Для повышения оперативности и сокращения простоев желательно диагностику выполнять в режиме on-line – без отключения нагрузок. Техническую возможность этого подхода обеспечивает автоматизированная система управления электроснабжением; создание таких систем – достаточно энергичный тренд в развитии современных предприятий. На рис. 1 приведена архитектура системы управления наземным и подземным электроснабжением одной из шахт Кузбасса. Управление на нижнем уровне производится контроллерами sij , где индекс i означает порядковый номер контроллера, а j – тип электротехнического оборудования. Такая архитектура обеспечивает возможность распределенной обработки данных.

309

    

На крупном предприятии, имеющем продолжительную историю деятельности, присутствует электротехническое оборудование различных производителей, имеющее различные сроки эксплуатации, так что его можно разделить на несколько классов, причем, в каждом классе имеется достаточно представительное множество. Потоки режимно-технологической информации, поступающие от оборудования в базу Рис. 1. Инфраструктура электроснабжения данных (рис. 2), образуют генеральную совокупность, состоящую из L классов S1, S2 … SL. Источниками данных являются измерительно-управляющие контроллеры j si , i=1…N, j=1…L, установленные на всех присоединениях. Рассматриваем характерный для крупного предприятия случай, когда N >> L. Контроллеры sij кроме традиционных задач диспетчерского контроля и управления производят локальную обработку измерений режимных параметров. Задача локальной обработки заключается в формировании параметров, характеризующих динамическое поведение оборудования присоединения и передаче их в центральную базу Рис. 2. Формирование данных данных. Информация организована k k k в виде векторов P1 , P2 … PN . Индекс k означает номер интервала, на котором построена оценка вектора параметров. Для задач диагностики электротехнического оборудования наиболее информативны характеристики, отражающие поведение оборудования на переходных режимах. В качестве таких характеристик используются следующие параметры: несимметрия фазных токов kфi; несимметрия фазных напряжений kфu; пусковой ток iп; время пуска Tп; количество срабатывания максимальной токовой защиты по каждой из трех ступеней kмтз1, kмтз2, kмтз3; 310



количество срабатываний защит от репереключения фаз kзнф . Векторы Pi l, i=1…N используются для формирования L кластеров S1, S2 …

SL. Кластеры разделяются автоматически по типу оборудования. Для каждого кластера определяется центр и параметр, характеризующий его рассеяние. Для диагностики в каждом кластере определяется элемент, отстоящий от центра на максимальное расстояние. Так как используются разнородные параметры, перед анализом расстояний с помощью z-преобразования они нормируются к интервалу [0,1]. Канал с индексом k, имеющий максимальное удаление, рассматривается в качестве претендента на выход из кластера. Если такие события образуют достаточно длинные серии на множестве смежных интервалов анализа, делаем вывод, что выход канала i из своего кластера является событием неслучайным, а обусловлен отклонениями технологических параметров присоединения от нормы. Эти процедуры выполняются автоматически, без вмешательства оператора. Система распределенной обработки вырабатывает сообщение, содержащее перечень каналов электроснабжения, являющихся первоочередными кандидатами для подробной off-line технической диагностики. Для дальнейшего анализа можно перейти в диалоговый режим и провести в каждом классе цензурирование – удаление из кластера наиболее отклоняющегося канала и затем повторить анализ следующего по рангу претендента. Заключение Разработана процедура диагностики электрических присоединений, опирающаяся на обработку совокупности измерений режимных параметров. Дополнительная информация о характере распределений не привлекается. Диагностика основана на анализе положения вектора параметров относительно центра масс собственного облака выборочных точек, принадлежащих конкретному классу. Литература 1. Чейдо Г.П., Благодарный А.И., Каратышева Л.С., Собстель Г.М., Суродин С.П., Яковлев В.В. Информатизация горно-добывающего предприятия – основа снижения удельной энергоемкости. Высокие технологии, образование, промышленность. Том 1. Сборник статей одиннадцатой международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности». Санкт-Петербург. Издательство Политехнического университета. 2011. С. 446-448.

2. Hartigan J. Statistical theory in clustering // Journal of Classification, 1985, №1, 63-76.

311

Шолохов М.А., Рахматуллин Т.А., Бровко В.В., Полосков С.И. УСЛОВИЯ КАЧЕСТВЕННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ШВА В ЩЕЛЕВОЙ РАЗДЕЛКЕ ПРИ РАЗНЫХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПОЛОЖЕНИЯХ Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия Sholohov M.A., Rakhmatullin T.A., Brovko V.V., Poloskov S.I. CONDITIONS OF HIGH-QUALITY FORMATION OF WELDING SEAM IN NARROW GAP GROOVE AT DIFFERENT SPATIAL POSITIONS Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia Стремление уменьшить объем наплавляемого металла при сварке толстостенного металла привело к разработке в середине 50-х годов прошлого века высокоэффективного метода сварки плавящимся электродом в щелевую (зауженную) разделку. Вместе с тем, при сварке в щелевую разделку могут возникать характерные дефекты формирования швов: несплавления по кромкам разделки и глубокие подрезы (полости) на ее боковой поверхности. Возникновение подобных дефектов связано как с узостью области стабильных режимов сварки, так и точностью позиционирования электрода. При сварке неповоротных стыков труб дополнительные проблемы создает положение сварочной ванны: нижнее, на спуск, потолочное, на подъем. Высока также вероятность возникновения трещин в шве и околошовной зоне, особенно если не соблюдается коэффициент формы шва, либо условия его охлаждения. Известно, что наиболее высокое качество сварных соединений достигается в том случае, когда наружная поверхность каждого слоя шва имеет характерную вогнутость с плавным переходом от основного к наплавленному металлу. Однако действие сил тяжести жидкого металла при сварке неповоротных стыков (рис. 1) приводит к стремлению формирования вогнутой поверхности в нижнем и выпуклой поверхности ванны в поточном положении.

Рис. 1. Формирование поверхности под действием сил тяжести в нижнем (а) и потолочном (б) положении С учетом того, что форма наружной поверхности сварочной ванны определяется взаимодействием сил поверхностного натяжения и 312

динамического давления дуги, то управление именно этими силами способствует получению требуемой поверхности сварочной ванны. Эти же силы препятствуют стеканию металла при сварке на спуск и на подъем. Так как силы давления дуги прямо пропорциональны сварочному току, то использование импульсных технологий сварки, позволяющих обеспечить мгновенно высокие значения тока и силы давления дуги, определяет их преимущества по управлению формой шва при сварке в щелевую разделку. Известно, что уменьшение примесей (серы, фосфора и кислорода) в металле шва способно увеличить силу поверхностного натяжения, поэтому сварка в смеси газов имеет преимущества по сравнению со сваркой в чистом СО2. Уменьшение ширины зазора способствует уменьшению выпуклости сварного шва, однако увеличивает опасность формирования подрезов при сварке в нижнем положении. Значение сил поверхностного натяжения также зависит от температуры металла ванны, а, следовательно, режимов сварки. Схематично влияние изменения величины зазора и значений сил поверхностного натяжения на выпуклость шва представлено на рис. 2.

Рис. 2. Влияние зазора (а) и сил поверхностного натяжения (б) на форму шва Для предотвращения появления кристаллизационных трещин коэффициент формы шва должен находиться в пределах 1,3…1,6. Учет данных рекомендаций обеспечивает высокое качество сварных соединений (рис. 3) в наиболее сложном в реализации потолочном положении.

313

Рис. 3. Формирование сварного шва в потолочном положении Вывод. При сварке в щелевую разделку в разных пространственных положениях целесообразно применение импульсных технологий сварки с программированием режима, которые обеспечат оптимальную форму наружной поверхности сварочной ванны независимо от ее пространственного положения.

Щукин В.М. ОПТИМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ УСТАНОВЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО СООТНОШЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И УРОВНЯ МЕЖКРИСТАЛЛИТНОЙ КОРРОЗИИ Самарский государственный технический университет, Самара, Россия Shchukin V.M. THE OPTIMUM HEAT TREATMENT REGIMES FOR ESTABLISHING AN OPTIMAL BALANCE OF MECHANICAL PROPERTIES AND THE LEVEL OF INTERGRANULAR CORROSION Samara state technical university, Samara, Russia Непрерывно развивающаяся техника требует постоянного и значительного улучшения свойств конструкционных сплавов, применяемых в промышленности. Одним из современных направлений повышения надежности эксплуатации деталей из высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-ZnMg-Cu является улучшение комплекса различных характеристик сплава путем применения двухступенчатых режимов искусственного старения Т2 и Т3 (смягчающее старение). Смягчающее старение, по сравнению с режимом Т1, обеспечивает повышенное сопротивление коррозионному растрескиванию, 314

расслаивающей и межкристаллитной коррозии, а также повышенные характеристики конструкционной прочности (К1с, Кс, и т.д.) при незначительном снижении уровня прочностных свойств. Цель работы состояла в исследовании влияния температуры и времени старения на механические и коррозионные свойства поковок сплава 1933, нахождения режимов термообработки, обеспечивающих требуемый уровень свойств на поковках и размера межкристаллитной коррозии не боле 0,1 мм. Образцы подвергались закалке и старению. Для получения положительных результатов по межкристаллитной коррозии и идентичных результатов по всем испытаниям интервал между закалкой и старением составлял менее суток. При проведении термической обработки заготовок исходили из следующих условий, согласно которым нагрев под закалку проводится при температуре Т=465-475˚С, время выдержки составляет 90 минут, старение: I ступень – 105-115°С, выдержка – 8-24 часа, II ступень – 165-175°С, выдержка – 8-20 часов. Анализ результатов исследования позволил сделать следующие выводы: 1. При температурах 105°С и 115°С на первой ступени старения разницы в результатах испытаний механических свойств не наблюдается.

2. При увеличении температуры второй ступени с 165°С до 175°С получаются различные стадии перестаривания сплава и соответствующее повышение коррозионной стойкости, вязкости разрушения и резкое снижение предела прочности и предела текучести. При температуре второй ступени 175°С полученные механические свойства не соответствуют требованиям для состояния Т2 при полном отсутствии МКК. При температуре второй ступени 165°С (выдержки 8, 10, 12 час) механические свойства удовлетворяют требованиям. При выдержке 14 час прочностные, свойства падают ниже требуемого предела. При температуре второй ступени старения 165°С и малой выдержке – 8 час склонность к межкристаллитной коррозии понижается. Результаты испытаний составляют 0,14÷0,19 мм.

3. С увеличением времени выдержки первой ступени с 8 час до 12 час уровень механических свойств при температурах первой ступени старения 105°С и 115°С практически не изменяется, сопротивление к межкристаллитной коррозии повышается.

4. Увеличение выдержки второй ступени старения с 8 час до 14 час приводит к снижению прочностных характеристик (предел прочности, предел текучести) до 4 кг/мм2 при сохранении относительного удлинения и коэффициента вязкости разрушения.

5. Оптимальные режимы термообработки приведены в таблице 2.

315

Таблица 2. Оптимальные режимы термообработки Режим закалки

І ступень І ступень старения, старения, Температура ˚С выдержка, час

ІІ ступень старения, Температура ˚С

ІІ ступень старения, выдержка, час

Т - 475˚С 120 минут 1 2 3 4

105 105 115 115

8,10,12 8,10,12 8,10,12 8

165 170 165 170

10,12,14 8 10,12,14 8

105 105 115 115 115

8,10, 12 8,10,12 8,10,12 8 10

165 170 165 170 170

8,10,12,14 8 10,12,14 8,10,12 8

Т - 475˚С 120 минут 1 2 3 4 5

Юркевич Н.В. ТЕХНОЛОГИЯ ВРЕМЕННОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТОДА НЕПРЕРЫВНОГО СЕЙСМИЧЕСКОГО ПРОФИЛИРОВАНИЯ Новосибирский Государственный Технический Университет, Новосибирск Yurkevich N.V. CONTINIOUS SEISMIC PROFILING METHOD ELEMENTS TIME SYNCHRONIZATION TECHNOLOGY Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk Введение. В основу метода непрерывного сейсмического профилирования (НСП) заложен принцип изменения структуры звуковой волны при ее отражении от поверхности дна (первое вступление) и от границ разделов между поддонными слоями, а также от объектов, заглубленных в донные отложения. В качестве источника звуковой волны используются массивы пневматических пушек. В качестве приемника используются «гидрофоны» - приборы, основанные на пьезоэлементах (Гурвич, Боганик, 1980; Телфорд и др., 1980; Воскресенский, 2007). Таким образом, вне зависимости от реализации, метод НСП включает три составляющие системы: Навигации, Контроля источника и Контроля записи.

316

Результатом наблюдений является сейсмоакустический разрез (сейсмограмма) геологических слоев вдоль профиля наблюдений в масштабе времен пробега акустических волн. Особенности метода НСП обуславливают ряд проблем, решение которых возможно только при высокой степени временной синхронизации систем. Так, географические координаты источника и приемника должны быть зарегистрированы максимально близко к моменту непосредственного импульса и регистрации сигнала соответственно. В свою очередь, посылка импульса должна осуществляться строго в заранее определенном месте и в установленное время. Равно как и запись отраженного сигнала должна иметь временную отметку о начале и окончании записи относительно времени испускания импульса-источника. В противном случае, глубина отражающего слоя не может быть определена с достаточной степенью достоверности, что исключает возможность решения задач сейсморазведки, основным продуктом которой является 3-х мерное изображение высокого разрешения структуры подземных отложений (Непрочнов и др., 1979; Мазарович, 2005). Целью данной работы является разработка системы временной синхронизации процессов метода непрерывного сейсмического профилирования с точностью, достаточной для ведения коммерческой геологоразведки углеводородов. Порядок требуемой синхронизации был определен как 10 мс, что эквивалентно ошибке 1 метр в определении глубины залегания углеводородов при усредненной скорости звука 2000 м/с. Описание метода. Предлагается использовать систему «сообщений», распространяемых по сетевому интерфейсу заблаговременно и содержащих исчерпывающую информацию о времени, характере события, а также ряд дополнительных данных с возможностью последующего включения любой иной информации в структуру сообщения. Основой данного метода является синхронизация временных таймеров (часов) всех систем относительно времени GPS. Таким образом, задача хранения «истинного» времени возлагается на каждую из систем. В качестве системы контроля качества синхронизации предлагается использовать импульсную систему. А именно: каждая из систем испускает импульс в момент исполнения команды, тем самым «отчитываясь» о времени исполнения. Контрольная система, получая импульсы от всех систем, имеет возможность сравнить фактическое время прихода импульсов-отчетов с теоретическим и тем самым оценить степень синхронизации. Данная система контроля качества также позволяет включить в сообщение информацию о временной задержке конкретной системы в предшествующий цикл и, соответственно, осуществить корректировку часов системы при наличии систематической ошибки, либо внести соответствующие корректировки при обработке полученных сейсмограмм. Для успешного функционирования системы необходим высокостабильный и общедоступный источник эталонного времени. Оптимальным представляется использование времени GPS. Высокоточный приемник со встроенным 317

осциллятором обеспечивает возможность применения технологии сетевых сообщений, синхронизируя внутренние часы различных систем с высокой точностью. Хранителем же внутреннего времени каждой из систем, в свою очередь, является PCI карта, принимающая сигнал эталонного времени от GPS приемника по протоколу NTP. PCI карта также оснащена осциллятором, обеспечивающим стабильность таймера при потере сигнала центральной системы (работа в автономном режиме). Навигационная система является владельцем процесса синхронизации. На основании рассчитанного навигационной системой времени достижения источником импульса заданных координат, система навигации посылает сетевое сообщение о времени и характере грядущего события. В момент наступления заданного времени каждая из систем испускает отчетный импульс, который принимается и анализируется системой контроля качества, которая, в свою очередь, на основании полученных сведений, формирует корректирующие значения для устранения ошибок синхронизации каждой из систем. Полученные данные о качестве синхронизации передаются навигационной системе и, в случае необходимости, будут включены в следующее сетевое сообщение соответствующей системе для коррекции ошибки ее внутреннего таймера. Особенностью предложенного метода является то, что задача хранения «истинного» времени перекладывается с «командного пункта» на каждую из синхронизируемых систем в отдельности. Данное решение, с одной стороны, является явным усложнением общей модели и приводит к усложнению и удорожанию системы. С другой же стороны, наличие «истинного» времени у каждой из систем в отдельности дает возможность заблаговременного распространения сигнала. Иными словами, имея одинаковые точки отсчета и таймеры, каждая из систем в отдельности может прогнозировать наступление конкретного момента независимо от контрольного пункта. Для успешного функционирования предлагаемой системы необходимо, чтобы временные таймеры (часы) всех систем были синхронизированы с высокой точностью. Также необходимо выбрать источник эталонного времени и обеспечить его высокую стабильность. Построение такого источника – задача нетривиальная, и ее решение не представляется возможным на данном этапе. Так было принято решение использовать в качестве источника «истинного» времени время GPS. Его точность гарантируется высокоточными атомными часами, постоянно контролируется и, что особенно важно в нашем случае, необходимые данные доступны практически в любой точке земного шара с достаточной точностью. Так, на первом этапе работы системы эталонное время принимается со спутников системы GPS и передается далее на PCI карты остальных систем. Данные карты имеют встроенный осциллятор для возможности поддержания высокоточного времени в автономном режиме в случае потери сигнала центральной системы.

318

TES (Time Event Server) является хранителем эталонного времени системы (именно это время используется для задания момента генерации акустического импульса и содержится в сетевом сообщении, передаваемым другим системам). Помимо этого, TES также выполняет функции контролирующей системы. За 100 мкс до наступления момента выстрела TES включает таймер контроля качества, отсчитывающий единицу каждые 0.05 мкс. С помощью данного таймера возможно зарегистрировать момент прихода отчетного импульса от синхронизируемых систем. Таймер останавливается через 100 мкс после момента выстрела. Таким образом, система контроля качества определяет отклонение систем от эталонного времени в пределах ± 100 мкс с разрешением в 0.05 мкс. Оценка качества предлагаемого метода. Качество синхронизации оценивается методом статистической обработки данных системы контроля качества. Исходными данными для задачи статистической оценки является экспериментально полученная выборка отклонений систем позиционирования, контроля источника и контроля записи от эталонного времени (рис. 1). В данной работе рассмотрим механизм оценки качества на примере выборки из 1841 экспериментов (1841 цикл работы системы). Время, мкс 1,5 1 0,5 Регистратор 0

Источник Позиционирование

-0,5

-1 -0,5

Номер выстрела 1180911789117691174911729117091168811668116481162811608115881156811548115281150811488114681144811428114081138811368

Рис. 1. Нефильтрованные экспериментальные данные синхронизации метода НСП. Как видно из графика (рис. 4.1), выборки зашумлены. Источником данных пиковых отклонений является характеристика отчетного импульса систем. Напомним, что характеристика отчетного импульса подразумевает его длину в 5 мкс. На практике же, в результате дискретизации импульса, его длина оценивается или в 5 мкс, или в 4 мкс. Соответственно, экспериментальные данные для некоторых элементов выборки отличаются от реальных на 1 мкс. Для устранения погрешности данные подверглись фильтрации. Значение каждого элемента выборки, имеющего отклонение от среднего за предыдущие 5 циклов, превышающее по модулю 0.6 мкс, увеличивалось на 1 мкс.

319

Экспериментальные данные после фильтрации представлены на графике (рис. 2): Время, мкс 1 0,8 0,6 0,4

Регистратор

0,2

Источник

0

Позиционирование

-0,2 11368

11388

11408

11428

11448

11468

11488

11508

11528

11548

11568

11588

11608

11628

11648

11668

11688

11709

11729

11749

11769

11789

Номер выстрела 11809

-0,4

Рис. 2. Экспериментальные данные синхронизации после фильтрации. Распределение ошибки системы записи. p=0.95: 0.323 ≤ mx ≤ 0.349 nj nh

эмпирическая плотность распределения теоретическая плотность распределения

1

20

43 Номер интервала, j

Распределение ошибки системы записи. p=0.95: 0.323 ≤ mx ≤ 0.349

320

nj nh

эмпирическая плотность распределения теоретическая плотность распределения

1

20

43 Номер интервала, j

Распределение ошибки системы контроля источника p=0.95: 0.269 ≤ mx ≤ 0.296 nj nh

эмпирическая плотность распределения теоретическая плотность распределения

1

20

43 Номер интервала, j

Распределение ошибки системы навигации p=0.95: 0.251 ≤ mx ≤ 0.255

321

nj nh

эмпирическая плотность распределения теоретическая плотность распределения

1

20

43 Номер интервала, j

Распределение ошибки разницы систем контроля источника и записи. p=0.95: 0.034 ≤ mx ≤ 0.072 Автокоррекция таймеров систем. Информация об ошибке синхронизации включается в структуру сетевого сообщения на основе информации контроля качества за предшествующий цикл работы системы. Таким образом достигается эффект динамической коррекции таймеров, исключается систематическая ошибка таймера и исключается вероятность накопления ошибки. Коррекция таймеров осуществляется только в случае отклонения синхронизируемой системы от эталонного времени более чем на 5 мкс. Тем не менее, данные контроля качества синхронизации записываются для каждой итерации и могут быть просмотрены в любой момент. Литература 1. Балашканд, М.И. Источники возбуждения упругих волн при сейсморазведке на акваториях / М.И. Балашканд, С.А.Ловля. - М.: Недра, 1977.

- 128 с.

2. Большев, Л.Н. Таблицы математической статистики / Л.Н. Большев, Н.В. Смирнов - М.: Наука, 1983. – 120 c.

3. Бяков, Ю.А.. Широкоугольное глубинное сейсмическое профилирование дна акваторий / Ю.А. Бяков, И.Ф. Глумов, Л.И. Коган, Я.П. Маловицкий, Р.Р. Мурзин. - 2 ч. - М.: Наука, 2001. - 293 с.

4. Гурвич, И.И. Сейсмическая разведка / И.И. Гурвич, Г.Н.Боганик. М.: Недра, 1980. - 551с.

5. Ельников, И.Н. Определение элементов залегания отражающих участков поверхности морского дна при сейсмических исследованиях методом отраженных волн / И.Н. Ельников // Океанология. - 1971. - № 1. - С.160-168.

322

6. Ельников, И.Н. Решение прямой задачи сейсморазведки в случае многослойной среды с наклонными преломляющими границами / И.Н. Ельников // Морская геология и геофизика. - 1971. - № 1. - С.31-36.

7. Муха, В.С. Статистические методы обработки данных / В.С. Муха.

– Минск: Изд-во БГУ, 2009. – 184 с.

8. Непрочнов, Ю.П. Непрерывное сейсмическое профилирование в океане на скоростях до 15 узлов / Ю.П. Непрочнов, Л.Р. Мерклин, И.Н. Ельников // Океанология. - 1979. – Т. 19. - № 4. - С.718-724.

9. Орлов, А.И. Прикладная статистика / А.И. Орлов. – М.: Экзамен, 2006. – 671 с.

10. Пустыльник, Е. И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений / Е.И. Пустыльник. − М.: Наука, 1968. – 170 c.

11. Соловьев, В.И. Связь на море / В.И.Соловьев, Л.И. Новик, И.Д. Морозов. -Ленинград: Судостроение, 1978. – 350 c.

12. Шерифф, Р. Сейсморазведка: В 2-х томах / Р. Шерифф, Л. Гелдарт. М.: Мир, 1987. - 448 с. и 400 с.

323

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ .................................................................................................... 3 ГЛАВА 1. ИНФОРМАЦИОННЫЕ И КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, БАЗЫ ДАННЫХ, РОБОТОТЕХНИКА, РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, НАУЧНОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ, ПРОГРАММИРОВАНИЕ INFORMATION AND COMPUTER TECHNOLOGY, COMPUTER SIMULATIONS, DATABASES, ROBOTICS, RADIOELECTRONICS, SCIENTIFIC INSTRUMENTATION, TELECOMMUNICATIONS SYSTEMS, PROGRAMMING ................................................................................................... 5 Karpukhin V.T., Malikov M.M., Borodina T.I., Val’yano G.E. Gololobova O.A. PREPARATION OF LAYERED ORGANIC-INORGANIC NANOCOMPOSITES OF COPPER BY LASER ABLATION IN WATER SOLUTION OF SURFACTANT SDS .............................................................................................. 5 Ogorodnikov A.I. SCRATCHING AND TENSION ON THE SURFACE OF BRITTLE MATERIALS........................................................................................................ 11 Ахметьянов В.Р., Кудрявцев С.В., Николенко А.А., Терентьева В.В. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ТЕМАТИЧЕКОЙ ОБРАБОТКИ ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНЫХ ДАННЫХ Akhmetianov V.R, Kudryavtsev S.V. Nikolenko A.A., Terentyeva V.V. MAIN DIRECTIONS OF THE THEMATIC HYPERSPECTRAL DATA PROCESSING ...................................................................................................... 14 Ахметьянов В.Р., Мишина О.А., Пенкин М.С. ОЦЕНИВАНИЕ СКОРОСТИ ВЕТРА ЛИДАРНЫМИ МЕТОДАМИ Akhmetianov V.R., Mishina O.A., Penkin M.S. WIND VELOCITY ESTIMATION BY LIDAR METHODS ............................... 17 Ахмедшин Р.Р., Михалев Д.Н. ИЗМЕРИТЕЛЬ ТОЛЩИНЫ ТОНКИХ МАГНИТНЫХ ПЛЕНОК Ahmedshin R.R., Mihalev D.N. MEASURER OF THICKNESS THIN MAGNETIC SKIN................................... 19 324

Барачевский В.А., Горелик А.М., Кобелева О.И., Валова Т.М. ФОТОХРОМНЫЕ ХЕМОСЕНСОРЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ Barachevsky V.A., Gorelik A.M., Kobeleva O.I., Valova T.M. PHOTOCHROMIC CHEMOSENSORS FOR DETERMINATION OF METAL IONS ....................................................... 21 Бейсенби М.А., Тайлак Б.Е., Тен Т.Л., Томилова Н.И., Когай Г.Д. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ВЗАИМОСВЯЗИ ДЕТЕРМИНИРОВАННОГО ХАОСА И КРИПТОГРАФИИ Beysenbi M.A., Tailak B.E., Ten T.L., Tomilova N.I., Kogai, G.D. THE FORMALIZATION OF THE RELATIONSHIP OF DETERMINISTIC CHAOS AND CRYPTOGRAPHY ....................................................................... 25 Белов Н.П., Смирнов Ю.Ю., Хабарова А.В., Шерстобитова А.С., Шишова К.А., Яськов А.Д. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВУХПОЛОСТНОЙ ИНТЕГРИРУЮЩЕЙ СФЕРЫ С ЭКРАНОМ Belov N.P., Smirnov Yu.Yu., Habarova A.V., Sherstobitova A.S., Shishova K.A., Yaskov A.D. MODELLING OF THE DOUBLE INTEGRATING SPHERE WITH A BAFFLE ................................................................................. 27 Болодурина И.П., Парфёнов Д.И. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОСТРЕБОВАННОСТИ РЕСУРСОВ В РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ ДИСТАНЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА Bolodurina I.P., Parfenov D.I. MODELLING DEMAND RESOURCES IN DISTRIBUTED INFORMATION SYSTEM OF DISTANCE SUPPORT EDUCATIONAL PROCESS .................... 30 Брусин Л.Д., Брусин С.Д., Брусин С.А. К РЕЗКОМУ СНИЖЕНИЮ ИНФЛЯЦИИ В РОССИИ Brusin L.D., Brusin S.D., Brusin S.А.

THE SHARP REDUCTION OF INFLATION IN RUSSIA .................................. 35 Бурмин Л.Н., Степанов Ю.А. ПРИМЕНЕНИЕ АДАПТИВНЫХ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ГИС ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ 325

Burmin L.N., Stepanov Y.A. USE OF ADAPTIVE INTELLIGENT SYSTEMS FOR IMPLEMENTING SPECIALIZED GIS FOR PREDICTION OF FOREST FIRES ............................ 40 Вислогузов Д.А., Маликов А.В., Воронов П.Е. ВОЗМОЖНОСТИ УЧЕБНО-НАУЧНОГО КОМПЛЕКСА ПО ИССЛЕДОВАНИЮ НАНОМАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕНТГЕНОВСКОГО РЕФЛЕКТОМЕТРА, УПРАВЛЯЕМОГО ЧЕРЕЗ ИНТЕРНЕТ Visloguzov D.A., Malikov A.V., Voronov P.E. FUNCTIONAL CAPABILITIES OF THE MULTIMEDIA STUDY-SCIENTIFIC COMPLEX IN RESEARCH OF NANO MATERIALS WITH THE USE OF XRAY REFLECTOMETER CONTROLLED VIA THE INTERNET..................... 42 Воробьев С.И., Аверьянов В.П., Осипов М.Ю., Семенов С.Н. МНОГОПОЗИЦИОННАЯ СИСТЕМА ПОСТРОЕНИЯ МИКРОВОЛНОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ Vorobjev S.I., Averjanov V.P., Osipov M.Yu., Semenov S.N. MULTIPOSITION SYSTEM FOR MAKING ONLINE MICROWAVE IMAGE ........................................................................ 44 Глущенко А.В., Моргунов К.П. ПРОГРАММНАЯ ОБОЛОЧКА ДЛЯ РАСЧЕТОВ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК В ТРУБОПРОВОДАХ НА БАЗЕ КОМПЛЕКСА ANSYS Glushchenko A.V, Morgunov K.P. PROGRAM ENVIRONMENT FOR CALCULATIONS OF DYNAMIC LOADINGS IN PIPELINES ON THE BASIS OF COMPLEX ANSYS............... 47 Горбунов А.А., Припадчев А.Д. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ САПР ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ АВИАЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ Gorbunov A.A. USE TECHNOLOGY IN THE CAD DESING OF COMPLEX TECHNICAL AERONAUTICAL PRODUCTS .......................................................................... 50 Денисов И.В., Кипер А.В. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО НЕЙРОЧИПА

326

Denisov I.V., Kiper A.V. PRINCIPLES OF ORGANIZATION OF THE FIBER-OPTICAL LIQUIDCRYSTAL NEURAL CHIP.................................................................................. 52 Звонков В.Б. МНОГОАГЕНТНЫЕ СТОХАСТИЧЕСКИЕ АЛГОРИТМЫ И КОМИТЕТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ АЛГОРИТМОВ В ЗАДАЧАХ МОДЕЛИРОВАНИЯ, ОПТИМИЗАЦИИ, ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ СЛОЖНЫМИ СИСТЕМАМИ Zvonkov V.B. MULTIAGENT STOCHASTIC ALGORITHMS AND COMMITTEES OF INTELLECTUAL ALGORITHMS FOR PROBLEMS OF MODELLING, OPTIMIZATION, FORECASTING AND MANAGEMENT OF COMPLEX SYSTEMS ................. 54 Зинченко В.Е., Калиниченко В.П., Лохманова О.И., Зинченко А.В. «КОНЦЕПЦИЯ ВНЕДРЕНИЯ ИНТЕНСИВНЫХ АГРОТЕХНОЛОГИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ «АВИАКОСМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА» Zinchenko V.E., Kalinichenko V.P, Lohmanova O.I., Zinchenko A.V. CONCEPT OF THE INTRODUCTION INTENSIVE AGROTECHNOLOGIES WITH USE THE SYSTEM "AEROSPACE MONITORING".............................. 62 Зинченко В.Е., Кононов В.М., Лохманова О.И., Нефедьев Л.В., Плотников Д.Е., Жарко В.О. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЯ И РАЗМЕЩЕНИЯ КУЛЬТУР В РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ Zinchenko V.E., Kononov V.M., Lohmanova O.I., Nefedjev L.V., Plotnikov D.E., Zharko V.O. ARABLE LANDS MONITORING IN ROSTOV REGION BY THE USE OF SATELLITE REMOTE SENSING DATA ............................................................ 67 Златов А.С., Полищук В.А., Баранов А.В., Федоров А.В. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ МЕТОК НА ОСНОВЕ НАНОРАЗМЕРНЫХ СТРУКТУР ДЛЯ СИСТЕМЫ ЗАЩИТНОЙ МАРКИРОВКИ Zlatov A.S., Polischuk V.A., Baranov A.V., Fedorov A.V. APPLICATION PROSPECTS OF FLUORESCENCE NANODIMENSION-SIZE STRUCTURE FOR PROTECTIVE LABELS ...................................................... 68 327

Зорин А.В., Петров А.А. СИСТЕМА МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРЫ ГЛУБОКИХ КАРЬЕРОВ Zorin F.V., Petrov A.A. THE SYSTEM OF MONITORING THE ATMOSPHERE OF DEEP CAREER .. 72 Кванталиани И.Э. ПРАВОВОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОММЕРЦИАЛИЗАЦИИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ Kvantaliani I.E. LEGAL SUPPORT COMMERCIALISATION OF INTELLECTUEL PROPERTY....................................................................... 74 Кузнецов Д.В. Чижов А.А. Морозова Х.И. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ РЯДОВ ВОЛЬТЕРРА Kuznetsov D.V. IMPROVING OF THE EFFICIENCY OF MODELING OF NONLINEAR TECHNICAL SYSTEMS BASED ON THE APPLICATION OF VOLTERR’S FUNCTIONAL SERIES ....................................................................................... 77 Кутбитдинов С.Ш., Лохмотко В.В. МОДЕЛЬ ОБСЛУЖИВАНИЯ ПРИОРИТЕТНЫХ ПОТОКОВ В РЕЖИМЕ «ВКЛЮЧЕНВЫКЛЮЧЕН» ДЛЯ БИЗНЕСПРИЛОЖЕНИЙ Kutbitdinov S.Sh., Lokhmotko V.V. THE MODEL OF PRIORITY FLOWS SERVICE IN «ONOFF» MODE FOR BUSINESS APPLICATIONS ............................................................................... 79 Кязумов Ш.А. Гашимов А.М. Бондяков А.С. Мехтизаде Р.Н. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В СВЕРХПРОВОДНИКОВОМ ОГРАНИЧИТЕЛЕ ТОКОВ Kazimov Sh.A. Gashimov A.M. Bondyakov A.S. Mehdizadeh R.N. MATHEMATICAL MODELING OF PROCESSING IN SUPERCONDUCTING CURRENT LIMITER .................................................... 81 Левитская А.П. ИННОВАЦИОННАЯ ПОЛИТИКА РАЗВИТИЯ РЕГИОНА КАК ФАКТОР ПОВЫШЕНИЯ ЕГО КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ

328

Levitskaia A.P. INNOVATION POLICY REGION DEVELOPMENT AS A FACTOR IMPROVING ITS COMPETITIVENESS............................................................. 85 Мацко И.И. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ТЕМПЛЕТОВ НЕПРЕРЫВНО-ЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ Matsko I.I. DETERMINATION OF CONTINUOUS-CAST BILLET TEMPLATE IMAGE PROCESSING RATE ........................................................................................... 88 Назаров Д.А. СЕГМЕНТАЦИЯ ДАННЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБЛАСТИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ Nazarov D.A. DATA SEGMENTATION FOR REGION OF ACCEPTABILITY REPRESENTATION ............................................................................................ 91 Пестов А.Р., Фролова И.Ю., Полухин А.А. РАЗРАБОТКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО АГЕНТА НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ ИГР Pestov A.R. GAME THEORY BASED DEVELOPMENT OF INTELLEGENT AGENT ....... 93 Питухина М.А. ОПЫТ РАЗВИТИЯ КОМПЕТЕНТНОСТНОГО ПОДХОДА ИННОВАЦИОННЫМИ КОМПАНИЯМИ ЕВРОПЕЙСКОГО СОЮЗА, ВЕДУЩИМИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКУЮ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ Pitukhina M.A. COMPETENCE-BASED APPROACH DEVELOPMENT BY INNOVATIVE RESEARCH COMPANIES IN THE EUROPEAN UNION ................................. 98 Платонов С.Н., Прасько Г.А., Сизов Е.В., Титов В.Ю. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МОДУЛЬНОЙ АНТЕННЫ Platonov S.N, Prasko G.А., Sizov E.V., TitovV.Y. CALCULATING ELECTRICAL PARAMETERS MODULAR ANTENNA .... 101 Попова Г.В. Спицын А.Н., Ванцян М.А. ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ КОМПОНЕНТНОЙ БАЗЫ ДЛЯ ГИБРИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ОПТИЧЕСКОЙ СЕНСОРИКОЙ 329

Popova G.V., Spitsyn A.N., Vantsyan M.A. PRINCIPLES OF COMPONENT BASE CREATION FOR HYBRID MATERIALS WITH OPTICAL SENSING ........................................................ 104 Саенко И.Б., Нижегородов А.В., Волков А.Н. УПРАВЛЕНИЕ ДОСТУПОМ В ИНФОРМАЦИОННОТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ Saenko I.B., Nizhegorodov A.V., Volkov A.N. MANAGEMENT OF ACCESS IN INFORMATION TELECOMMUNICATION SYSTEMS .............................................................. 107 Слесарчук И.А., Помазкова Е.И., Зобницева В.А., Кривошеев В.П. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ШКОЛЬНОЙ ОДЕЖДЫ, ФОРМИРУЮЩЕЙ НОРМАЛЬНУЮ ОСАНКУ Slesarchuk E.A., Pomazkova E.I., Zobnitseva V.A., Krivosheev V.P. THEORETICAL STUDY OF THE DESIGN SCHOOL CLOTHES FORMING NORMAL POSTUREL ...................................................................................... 109 Сосинская С.С., Нгуен Зуи Тхаи РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА ПО ЧИСЛЕННЫМ МЕТОДАМ В ПАРАЛЛЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ Sosinskaya S.S., Nguyen Duy Thai DEVELOPMENT OF LABORATORY PRACTICAL WORK ON NUMERICAL METHODS IN PARALLEL ............................................................................... 115 Соболева Е.С. РОЛЬ ГОСУДАРСТВА В БАНКОВСКОМ СЕКТОРЕ РФ Soboleva E.S. THE ROLE OF THE STATE IN THE BANKING SECTOR OF THE RUSSIAN FEDERATION ......................................................................... 120 Сорокин С.В., Апраушева Н.Н. ОБНАРУЖЕНИЕ НЕОДНОРОДНОСТИ СТРУКТУРЫ ИССЛЕДУЕМОЙ ВЫБОРКИ Учреждение РАН Sorokin S.V., Aprausheva N.N. DISCOVERY OF THE UNHOMOGENEITY STRUCTURE OF THE INVESTIGATED SAMPLE ............................................................................... 123

330

Сухарев А.А., Гук Е.Г., Подласкин Б.Г. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ ВРЕМЕННЫХ ШУМОВ КАНАЛА СВЯЗИ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ Sukharev A.A., Guk E.G., Podlaskin B.G. ANALYSIS OF POSSIBILITY OF TEMPORAL NOISE SPATIAL LOCALIZATION IN CASE OF IMAGE TRANSMISSION .............................. 131 Фанасков В.С., Степанов Ю.А. К ВОПРОСУ О ПРИМЕНЕНИИ АДАПТИВНЫХ МОДЕЛЕЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ГИС Fanaskov V.S., Stepanov Y.A. TO THE ISSUEOF USE ADAPTIVE MODEL FOR SOFTWARE DEVELOPMENT OF THE SPECIALIZED GIS ................................................ 135 Ханжонков Ю.Б., Асцатуров Ю.Г., Семенов В.В. ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МАНЖЕТНЫХ УПЛОТНЕНИЙ Hanzhonkov U.B., Astsaturov U.G., Semenov V.V. AN OPTOELECTRONIC DEVICE FOR INSPECTING RING SEALS ............ 137 Черноморец А.А., Болгова Е.В. О ВНЕДРЕНИИ ИДЕНТИФИКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ В ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ СУБПОЛОСНОГО АНАЛИЗА-СИНТЕЗА Chernomorets A.A., Bolgova E.V. EMBEDDING OF IDENTIFICATION INFORMATION INTO IMAGES BASED ON SUBBAND ANALYSIS-SYNTHESIS ........................................................ 140 Шарипова Н.Н., Третьяков В.Е., Завадская Э.А., Фурзикова Ю.Г. ИНТЕГРИРОВАННЫЕХРАНИЛИЩА ДАННЫХ ДЛЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМПРОЕКТИРОВАНИЯ ВСТРАИВАЕМЫХ СИСТЕМ Sharipova N.N., Tretjakov V.E., Zavadskaja E.A., Furzikova J.G. INTEGRATED DATA WAREHOUSE FOR THE INTELLIGENCE EMBEDDED SYSTEMS AUTOMATIC DESIGN ................................................................... 142 Яковенко П.Г. ОПТИМИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ

331

Yakovenko P.G. MOBILE OBJEСTS CONTROL ........................................................................ 145 Яцко В.А. СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАКОНА БРЭДФОРДА Yatsko V.A. SOME FIELDS FOR APPLICATION OF BRADFORD LAW .......................... 147 ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ПРИКЛАДНАЯ ФИЗИКА И МАТЕМАТИКА, СПЕКТРОСКОПИЯ, АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, АСТРОНОМИЯ, РАДИОФИЗИКА, ХИМИЯ, ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, ГАЗОДИНАМИКА И ГИДРОДИНАМИКА THEORETICAL AND APPLIED PHYSICS AND MATHEMATICS, SPECTROSCOPY, ATOMIC AND NUCLEAR PHYSICS, ASTRONOMY, RADIO PHYSICS, CHEMISTRY, PHYSICAL CHEMISTRY, GAS DYNAMICS AND HYDRODYNAMICS ........................................................... 150 Антипов В.Б., Медведев Ю.В., Фирсов С.А., Цыганок Ю.И. ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОУГЛЕРОДНОГО ПРОДУКТА СВЧ ПИРОЛИЗА ПРИРОДНОГО ГАЗА Antipov V.B., Medvedev Y.V., Firsov S.A., Tziganok Y.I. TECHICAL FEATURES OF NANOCARBON MATERIAL PRODUCED THROUGH MICROVAVE PYROLYSIS OF NATURAL GAS ........................ 150 Антипов В.Б., Цыганок Ю.И., Шипилов С.Э., Якубов В.П. ПРИЕМО-ПЕРЕДАЮЩИЕ МОДУЛИ СМ ДИАПАЗОНА ДЛЯ СИСТЕМ ПОСТРОЕНИЯ РАДИОИЗОБРАЖЕНИЙ Antipov V.B., Tziganok Yu.I., Shipilov S.E.,Yakubov V.P. CM-WAVE TRANSCEIVER MODULES FOR RADIOIMAGING SYSTEMS 152 Аньшаков А.С., Волокитин Г.Г., Урбах Э.К., Фалеев В.А., Урбах А.Э. СИСТЕМА ПЛАЗМЕННОГО РОЗЖИГА УГЛЯ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОТЛАХ Anshakov A.S. …

THE SYSTEM OF PLASMA IGNITION OF COAL IN POWER BOILERS .... 154 Баглюк Г.А., Шишкина Ю.А., Мамонова А.А., Тихонова И.Б. ВЛИЯНИЕ УГЛЕРОДА И АЛЮМИНИЯ НА ПРОЦЕСС ФОЗООБРАЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ Al-Ti-C ПОСЛЕ ТЕРМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА 332

Bagluk G.A., Shishkina Y.A., Mamonova A.A., Tihonova I.B. EFFECT OF CARBON AND ALUMINIUM ON THE MICROSTRUCTURE IN Al-Ti-C AFTER THERMAL SYNTHESIS ........................................................ 157 Бардушкин В.В., Колесников И.В., Лапицкий А.В., Сычев А.П., Яковлев В.Б. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ УПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕТЕКСТУРИРОВАННЫХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ СВЯЗУЮЩИХ С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ЭПОКСИДНЫХ ГРУПП Bardushkin V.V., Kolesnikov I.V., Lapitsky A.V., Sychev A.P., Yakovlev V.B. MODELING OF EFFECTIVE ELASTIC CHARACTERISTICS OF THE NON-TEXTURED COMPOSITES WITH HIGH EPOXY GROUPS CONCENTRATION ....................................... 160 Бирюкова И.В., Маслобоева С.М., Макарова О.В., Кравченко О.Э., Палатников М.Н. ПОЛУЧЕНИЕ ОДНОРОДНЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ НИОБАТА ЛИТИЯ, ЛЕГИРОВАННЫХ МАГНИЕМ Biryukova I., Masloboeva S., Makarova O., Kravchenko O., Palatnikov M. PRODUCTION OF HOMOGENEOUS LITHIUM NIOBATE SINGLE CRYSTALS DOPED WITH MAGNESIUM ...................................................... 163 Бобылёв А.Г., Бобылёва Л.Г., Подлубная З.А. АНТИАМИЛОИДНОЕ ДЕЙСТВИЕ КОМПЛЕКСОВ ФУЛЛЕРЕНА С60 С ПОЛИВИНИЛПИРРОЛИДОНОМ И НАТРИЕВОЙ СОЛИ ПОЛИКАРБОКСИЛЬНОГО ПРОИЗВОДНОГО ФУЛЛЕРЕНА С60 НА АМИЛОИДНЫЕ ФИБРИЛЛЫ МЫШЕЧНОГО Х-БЕЛКА И AΒ(1-42)ПЕПТИДА МОЗГА Bobylev A.G., Bobyleva L.G., Podlubnaya Z.A. ANTIAMYLOID ACTION OF COMPLEXES OF FULLERENE C60 WITH POLYVINYLPYRROLIDONE AND SODIUM SALT OF POLYCARBOXYLIC DERIVATIVE OF C60 ON AMYLOID FIBRILS OF MUSCLE X-PROTEIN AND BRAIN AΒ(1-42)-PEPTIDE ............................................................................... 165 Брусин С.Д., Брусин Л.Д. О ФИЗИЧЕСКОЙ СУЩНОСТИ ДАВЛЕНИЯ В ГАЗАХ Brusin S.D., Brusin L.D. OF THE PHYSICAL PRESSURE IN GASES .................................................... 167 Брусин С.Д., Брусин Л.Д. ПРИЧИНА АВАРИИ НА САЯНО-ШУШЕНСКОЙ ГЭС 333

Brusin S.D., Brusin L.D. THE CAUSE OF THE ACCIDENT AT THE SAYANOSHUSHENSKAYA HYDROELECTRIC POWER STATION ........................... 169 Величко В.Н., Neubert M., Nedbal J. БЕСПРОВОДНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЧАСТЕЙ ВРАЩАЮЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ Velychko V., Neubert M., Nedbal J. WIRELESS TEMPERATURE MEASUREMENT OF PARTS ON ROTATING OBJECTS ................................................................................ 171 Вильчинская С.С., Олешко В.И. ИМПУЛЬСНАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ АКТИВИРОВАННЫХ КРИСТАЛЛОВ СЕЛЕНИДА ЦИНКА Vilchinskaya S.S., Oleshko V.I. PULSE LUMINESCENCE OF ACTIVATED ZINC SELENIDE CRYSTALS . 174 Грачек В.И., Шункевич А.А., Марцынкевич Р.В., Исакович О.И. ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ НОВЫХ ВОЛОКНИСТЫХ АЗОТФОСФОРСОДЕРЖАЩИХ ИОНИТОВ ФИБАН Grachek V.I., Shunkevich A.A., Martsynkevich R.V., Isakovich O.I. SYNTHESIS AND INVESTIGATION OF NEW FIBROUS NITROGENPHOSPHOROUS CONTAINIG ION EXCHANGERS FIBAN.......................... 176 Гращенков С.И. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИСПАРЯЮЩЕЙСЯ КАПЛИ С ПЛОСКОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ЖИДКОСТИ Grashchenkov S.I. INTERACTIONS OF EVAPORATING DROPLET WITH PLANE LIQUID SURFACE ................................................................... 178 Джусипбеков У.Ж., Султанбаева Г.Ш., Чернякова Р.М., Кусаинова М.Ж., Агатаева А.А, Акылбаева Н.А. СОВМЕСТНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ФОСФОРИТА И ГЛАУКОНИТА НА ФОСФОРНЫЕ КАЛИЙСОДЕРЖАЩИЕ УДОБРЕНИЯ Djusipbekov U.Zh., Sultanbayeva G.Sh., Chernyakova R.M., Kusainova M.Zh., Agatayeva A. A., Akylbayeva N.A. COOPERATIVE PROCESSING OF PHOSPHORITE AND GLAUCONITE ON PHOSPHORIC POTASSIUM CONTAINING FERTILIZERS .......................... 180

334

Исламова Р.М., Назарова С.В., Мударисова Р.Х. КОНТРОЛИРУЕМАЯ РАДИКАЛЬНАЯ ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ ВИНИЛОВЫХ МОНОМЕРОВ В ПРИСУТСТВИИ МЕТАЛЛОКОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Islamova R.M., Nazarova S.V., Mudarisova R.Kh. CONTROLLED RADICAL POLYMERIZATION OF VINYL MONOMERS IN THE PRESENCE OF METAL COMPLEXES ................................................... 182 Клечковская В.В., Орехов А.С., Баклагина Ю.Г., Кононова С.В., Петрова В.А., Кручинина Е.В. НОВЫЕ ПОДХОДЫ К ИССЛЕДОВАНИЮ МУЛЬТИСЛОЙНЫХ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТНЫХ КОМПОЗИТОВ Klechkovskaya V.V., Orekhov A.S., Baklagina Y.G., Kononova S.V., Petrova V.A., Kruchinina E.V. NEW APPROACHES TO THE STUDY OF POLYELECTROLYTE MULTILAYER COMPOSITES ......................................................................... 184 Макаров Д.А., Дмитриев М.Г. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ УГЛА ТАНГАЖА ВЕРТОЛЕТА Makarov D.A., Dmitriev M.G. NUMERICAL INVESTIGATION OF HELICOPTER PITCH ANGLE AUTOMATIC STABILIZATION ...................................................................... 186 Матюхин С.И., Гришина С.Ю. ДЕКАНАЛИРОВАНИЕ ИОНОВ В УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБКАХ НА МАЛЫХ ГЛУБИНАХ Matyukhin S.I., Grishina S.Yu DECHANNELING OF IONS IN CARBON NANOTUBES AT SMALL DEPTHS ................................................................ 188 Морозов Е.А., Косов Е.С. ВЫСОКОТОЧНАЯ ФОКУСИРОВКА ИОННЫХ ПОТОКОВ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ Morozov E.A., Kosov E.S. HIGH PRECISION FOCUSING OF POWERFUL ION BEAMS....................... 190 Плаксин О.А., Попова Г.В., Гордеев С.К. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТРИЦ В УСЛОВИЯХ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ОБЛУЧЕНИЯ 335

Plaksin O.A., Popova G.V., Gordeev S.K. OPTICAL PROPERTIES OF VARIOUS COMPOSITE MATRICES DURING IONIZING IRRADIATION ................................................................................ 192 Пономарев М.А., Лорян В.Э., Мержанов А.Г. ПОЛУЧЕНИЕ СТРУКТУРИРОВАННЫХ СЛОЁВ ПОРОШКОВЫХ СВС-СМЕСЕЙ Ponomarev M.A., Loryan V.E., Merzhanov A.G. STRUCTURE FORMATION IN THIN LAYERS OF POWDER SHS MIXTURES ........................................................................ 194 Пономарев М.А. ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЕ ВЫРАЩИВАНИЕ МОНОКРИСТАЛЛОВ ТУГОПЛАВКИХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ ПРОДУКТОВ СВС Ponomarev M.A. GROWTH OF REFRACTORY SINGLE CRYSTALS BY PLASMA-ARC REMELTING FROM SHS PRODUCTS ............................................................ 197 Столяров О.И., Богданов Г.Г., Емелин С.Е. О ПРОЕКТИРОВАНИИ МИКРОВОЛНОВЫХ ПРИБОРОВ С СИММЕТРИЧНОЙ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ Stolyarov O.I., Bogdanov G.G., Emelin S.E. ABOUT MICROWAVE DEVICES DESIGN WITH A SYMMETRIC OSCILLATING SYSTEM .................................................................................. 199 Трегулов В.В. СТАБИЛИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ Tregulov V.V. STABILIZATION OF THE ELECTROPHYSICAL CHARACTERISTICS OF SEMICONDUCTOR STRUCTURES BASED ON POROUS SILICON ............................................................................................ 201 Чухломин И.Е., Волович Г.И. РАЗРАБОТКА КАЛИБРАТОРА ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА С ЦИФРОВОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ Chukhlomin I.E., Volovich G.I. DEVELOPMENT OF THE CALIBRATOR FOR ALTERNATING VOLTAGE AND CURRENT WITH DIGITAL FEEDBACK ............................................... 203

336

Фомин В.М., Волков В.Ф., Чиркашенко В.Ф. ЗВУКОВОЙ УДАР И АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОМПОНОВКИ С ТАНДЕМНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ДВУХ КРЫЛЬЕВ НА ФЮЗЕЛЯЖЕ Chirkashenko V.F. SONIC BOOM AND AERODYNAMIC EFFECTIVENESS OF THE DISPOSAL WITH TANDEM LOCATION OF WINGS ON A FUSELAGE ........................ 206 Хаханина Т.И., Змеев С.В., Хаханин С.Ю., Саморукова Е.Л. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДВОЙНОГО НАЗНАЧЕНИЯ Khakhanina T.I., Zmeev S.V., Khakhanin S.Yu., Samorukova E.L. PROSPECTS OF HIGH-TECH INDUSTRIAL DUAL-USE EQUIPMENT ...... 208 Хаханина Т.И., Москаленко А.Ф., Петухов И.Н., Никитина Н.Г. МЕТОДОЛОГИЯ КОНТРОЛЯ ЧИСТОТЫ CИНТЕТИЧЕСКОГО КОРУНДА Khakhanina T.I., Moskalenko A.Ph., Petukhov I.N., Nikitina N.G. PURITY CONTROL METHODOLOGY SYNTHETIC CORUNDUM ............. 210 Хаханина Т.И., Москаленко А.Ф., Петухов И.Н., Никитина Н.Г. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ЧИСТОТЫ CИНТЕТИЧЕСКОГО КОРУНДА Khakhanina T.I., Moskalenko A.Ph., Petukhov I.N., Nikitina N.G. STATE AND PROSPECTS OF PURITY CONTROL METHODS SYNTHETIC CORUNDUM .......................................................... 212 Чубенко А.К., Дорофеева Т.И., Мамаев А.И. ПРИКЛАДНЫЕ АНАЛИТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ МИКРОПЛАЗМЕННЫХ СИСТЕМ Chubenko A.K., Dorofeeva T.I., Mamaev A.I. APPLIED ANALYTICAL POSSIBILITIES OF MICROPLASMA SYSTEMS. 214

337

ГЛАВА 3. БИОЛОГИЯ И БИОТЕХНОЛОГИИ, МЕДИЦИНА, ГЕНЕТИКА, ЭКОЛОГИЯ BIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY, MEDICINE, GENETICS, ECOLOGY ..................................................................................... 217 Абдуллаев Г.О., Имагазева А.Д., Каримов К.М., Магомедов М.А., Хабибулаева А.М. ОБСУЖДЕНИЕ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИИ ДЛЯ МНОГОДИПОЛЬНОЙ МОДЕЛИ СЕРДЦА Abdullaev G.O. THE DECISION OF INVERSE PROBLEM ELECTROCARDIOGRAPHIC FOR MANY DIPOLS HEART MODELS .................................................................. 217 Артемьевa Е.Н. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ МОДЕЛИ БЫСТРОГО ПРОГРАММНОГО ДВИЖЕНИЯ Artemieva E.N. IDENTIFICATION OF EXPERIMENTAL MODEL FOR FAST PROGRAM MOVEMENT .............................................................. 218 Богатыренко Е.А., Бузолева Л.С. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПРОБИОТИКИ В МАРИКУЛЬТУРЕ ИГЛОКОЖИХ Bogatyrenko E.A., Buzoleva L.S. PERSPECTIVE PROBIOTICS IN MARICULTURE OF ECHINODERMS ...... 221 Варфоломеев В.Н. К ВОПРОСУ О ПРИМЕНЕНИИ КОМПОЗИТА НА ГЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ ПРИ ЛЕЧЕНИИ ОГНЕСТРЕЛЬНЫХ РАН .............................................................. 223 Гусев А.А., Захарова О.В. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ УГЛЕРОДНОГО НАНОСТРКУТУРНОГО МАТЕРИАЛА МЕТОДОМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОННОЙ БАЗЫ ДАННЫХ Gusev A.A., Zakharova O.V. PREDICTION OF THE DEGREE OF RISK OF CARBON NANOMATERIAL

BY MATHEMATICAL MODELING USING ELECTRONIC DATABASE .... 225

338

Животова Е.Ю., Лебедько О.А., Тимошин С.С. ПРОТЕКТИВНЫЙ ЭФФЕКТ ДАЛАРГИНА ПРИ ЭТАНОЛИНДУЦИРОВАННОМ ПОВРЕЖДЕНИИ СЛИЗИСТОЙ ОБОЛОЧКИ ЖЕЛУДКА В ЭКСПЕРИМЕНТЕ Zhivotova E.Yu., Lebedko O.A., Timoshin S.S. DALARGIN PROTECTIVE EFFECT IN ETHANOL-INDUCED GASTRIC MUCOUS LINING DAMAGE IN EXPERIMENT ............................................ 227 Мамедов Х.Ф. ВЛИЯНИЕ ВЛАЖНОСТИ ЗЕРЕН НА ФОТОЛИТИЧЕСКОЕ И РАДИОЛИТИЧЕСКОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ АФЛАТОКСИНОВ В ПШЕНИЦЕ Mamedov Kh.F. INFLUENCE OF HUMIDITY OF GRAINS ON PHOTOLYTIC AND RADIOLYTIC DECOMPOSITION OF AFLATOXINS IN WHEAT ................ 233 Мелехин С.В. СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗОВАННОЙ ЛИМФОИДНОЙ ТКАНИ ТОНКОЙ КИШКИ У ПОТОМСТВА МЫШЕЙ ОТ ОБЛУЧЕННЫХ РОДИТЕЛЕЙ Melekhin S.V. STRUCTURAL PARTICULARITIES OF ORGANIZED LYMPHOID TISSUE OF SMALL INTESTINE IN MICE OFFSPRING FROM IRRADIATED PARENTS ...................................................................... 238 Некрасова С.О., Барне А.Ж. ЭФФЕКТ ОТ ВНЕСЕНИЯ СУБСТРАТА С ЖИВЫМИ LUMBRICINA ПОД СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ РАСТЕНИЯ Nekrasova S.O., Barne A.Zh. THE EFFECT OF MAKING THE SUBSTRATE WITH THE LIVING LUMBRICINA FOR AGRICULTURAL PLANTS ............................................. 242 Некрасова С.О. ВАРИАНТ АВТОМАТИЗАЦИИ ОТБОРА ДОЖДЕВЫХ ЧЕРВЕЙ Nekrasova S.O. OPTION AUTOMATION SELECTION OF LUMBRICINA .............................. 244 Нестеренко Ю.М., Бондаренко И.И., Влацкий В.В., Захлевная М.В., Мартиросян И.Х., Сумцова Т.Ю. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ОРЕНБУРЖЬЯ

339

Nesterenko, Y.M., Bondarenko I.I., Vlatsky V.V., Zakhlevnaya M.V., Martirosyan I.H., Sumtsova T.Y. FEATURES FORMATION OF WATER RESOURCES OF ORENBURG REGION ................................................................................. 246 Пичугин Ю.И. ПРОБЛЕМЫ КРИОСОХРАНЕНИЯ МОЗГА И МОЗГОВОЙ ТКАНИ ЖИВОТНЫХ PichuginYu.I. PROBLEMS IN CRYOPRESERVATION OF ANIMAL BRAINSAND CEREBRAL TISSUES................................................................ 249 Трещева Н.А., Горячев В.А. РАДИОКОБАЛЬТ В ТКАНЯХ ПРИМОРСКОГО ГРЕБЕШКА MIZUHOPECTEN YESSOENSIS В Б.ЧАЖМА ЯПОНСКОГО МОРЯ Treshcheva N.A., Goryachev V.A. RADIOCOBALT IN TISSUES OF SCALLOP MIZUHOPECTEN YESSOENSIS IN THE CHAZHMA BAY THE SEA OF JAPAN ............................................. 253 Шушарин А.Г., Половинка М.П., Прохоренко В.М., Морозов В.В. УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБА ЛЕЧЕНИЯ АСЕПТИЧЕСКОГО НЕКРОЗА ГОЛОВКИ БЕДРЕННОЙ КОСТИ Shusharin A.G. IMPROVEMENT OF THE METHOD OF TREATMENT AVASCULAR NECROSIS OF THE FEMORAL HEAD ........................................................... 257 ГЛАВА 5. ДОБЫЧА, ПЕРЕРАБОТКА И ТРАНСПОРТИРОВКА СЫРЬЯ, ЭНЕРГЕТИКА, МЕТАЛЛУРГИЯ, ХИМИЧЕСКАЯ И ТЯЖЕЛАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ, МАШИНОСТРОЕНИЕ, СУДОСТРОЕНИЕ, ТРАНСПОРТ EXTRACTION, PROCESSING AND TRANSPORTATION OF RAW MATERIALS, ENERGY, METALLURGY, CHEMICAL AND HEAVY INDUSTRY, MACHINE BUILDING, SHIPBUILDING AND TRANSPORT 259 Алексенцева С.Е., Кривченко А.Л. ОБРАБОТКА МЕДИ ВЫСОКОСКОРОСТНЫМ ПОТОКОМ ДИСКРЕТНЫХ ЧАСТИЦ Aleksentseva S.E., Krivchenko A.L. COPPER PROCESSING BY A HIGH-SPEED STREAM OF DISCRETE PARTICLES .............................................................................. 259 340

Алексенцева С.Е., Кривченко А.Л. ПОЛУЧЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИ ЧИСТОГО ТИТАНА ДЛЯ БИОМЕДИЦИНЫ Aleksentseva S.E., Krivchenko A.L. RECEPTION OF TECHNICALLY PURE TITAN FOR BIOMEDICINE.......... 261 Андреев С.М., Парсункин Б.Н., Ахметов Т.У. ПРАКТИКА ПРИМЕНЕНИЯ НЕЙРОСЕТЕВЫХ АЛГОРИТМОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ В ЛОКАЛЬНЫХ КОНТУРАХ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ Andreev S.M., Parsunkin B.N., Akhmetov T.U. APPLICATION PRACTICE OF NEURAL NETWORK ALGORITHM FOR REGULATION IN LOCAL CONTROLS OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS ................................................................ 263 Бахтерев В.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ ОБРАЗЦОВ МАГНЕТИТОВЫХ РУД Bakhterev V.V. THE ELECTRIC CONDUCTIVITY OF THE MAGNETITE ORE AT HIGH TEMPERATURE ............................................................................... 266 Бекназарова С.С. ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ ИНФОРМАЦИОННЫХ И МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ МЕДИАКУРСОВ В КАЧЕСТВЕ ОБЪЕКТА МЕДИАОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Beknazarova S.S. TECHNOLOGY DEVELOPMENT OF INFORMATION AND MATHEMATICAL MODELS AS MEDIA COURSE OBJECT OF MEDIA EDUCATIONAL DESIGN ................................................................................. 268 Белов Н.П., Лапшов С.Н., Майоров Е.Е., Патяев А.Ю., Шерстобитова А.С., Яськов А.Д. ПРИМЕНЕНИЕ РЕФРАКТОМЕТРИИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССОВ ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ В АЭРОПОРТАХ Belov N.P., Lapshov S.N., Mayorov E.E., Patyaev A.Yu., Sherstobitova A.S., Yaskov A.D. APPLICATION OF THE REFRACTOMETRY FOR THE CONTROL OF AIRCRAFTS ANTI-ICE PROCESSING IN AIRPORTS ................................... 273 341

Белов Н.П., Лапшов С.Н., Майоров Е.Е., Шерстобитова А.С., Яськов А.Д. ПРИМЕНЕНИЕ РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗЕЛЕНЫХ ЩЕЛОКОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Belov N.P., Lapshov S.N., Mayorov E.E., Sherstobitova A.S., Yaskov A.D. APPLICATION OF REFRACTOMETRIC TECHNOLOGIES FOR THE CONTROL OF GREEN LIQUORS IN THE SULFATE PULP PRODUCTION .............................................................. 275 Дайнеко Д.В. ИНСТИТУЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ЛЕСНОЙ ОТРАСЛИ Dayneko D.V. INSTITUTIONAL CHANGES IN THE FOREST INDUSTRY ......................... 277 Жерлицын А.Г., Дубкова В.И., Косицын В.С., Шиян В.П., Крутько Н.П., Комаревич В.Г. НАНОУГЛЕРОДНЫЙ НАПОЛНИТЕЛЬ ИЗ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В ПОЛИОЛЕФИНОВЫХ КОМПОЗИЦИЯХ Zherlitsyn A.G., Dubkova V.I., Kossitsyn V.S., Shiyan V.P., Krutko N.P., Komarevich V.G. NANOCARBON FILLER FROM HYDROCARBONIC GAS AND ITS APPLICATION IN POLYOLEFINE COMPOSITES ......................................... 282 Жуков А.В. ПРИОРИТЕТНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ОСВОЕНИЯ ТИТАН- И ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КОНТИНЕНТАЛЬНОГО ШЕЛЬФА ВОСТОКА РОССИИ НА ОСНОВЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДОБЫЧИ И КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ Zhukov A.V. THE PRIORITY DIRECTIONS OF INDUSTRIAL DEVELOPMENT OF TITANIUM- AND IRONCONTAINING DEPOSITS OF CONTINENTAL SHELF AT THE EAST OF RUSSIA ON THE BASE OF RESOURCE-SAVING INNOVATIVE TECHNOLOGIES OF EXTRACTION AND COMPLEX PROCESSING OF MINERAL RAW MATERIALS .......................................... 285 Зуб И.В. КОНТЕЙНЕРНЫЙ ТЕРМИНАЛ КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ ОХРАНОЙ ТРУДА И ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ 342

Zub I.V. THE CONTAINER TERMINAL AS AN OBJECT OF MANAGEMENT OF SAFETY AT WORK AND INDUSTRIAL SAFETY ......................................... 288 Коннова А.С. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВЫКУПОВ ДОЛГОВЫМ ФИНАНСИРОВАНИЕМ В УСЛОВИЯХ РОССИЙСКОГО РЫНКА СЛИЯНИЙ И ПОГЛОЩЕНИЙ Konnova A.S. LEVERAGED BUYOUTS EFFICIENCY AT THE RUSSIAN M&A MARKET ................................................................. 292 Кахраманлы Ю.Н., Мамедханова С.А. СОРБЦИОННАЯ ОЧИСТКА ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ Gahramanly J.N., Mamedhanova S.A. SORPTION CLEARING OF THE WATER TABLE FROM MINERAL OIL ... 294 Мартюшев Н.В. ПРИМЕНЕНИЕ ПОКРЫТИЯ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ НА ОСНОВЕ НАНОПОРОШКОВ ПРИ ЛИТЬЕ МЕДНЫХ СПЛАВОВ Martyushev N.V. COPPER ALLOYS MOULDING WITH APPLICATION OF THE CASTING MOLD COVERING ON THE NANOPOWDERS BASIS ................................. 296 Нефедов Р.А., Малиновская Т.Д., Сачков В.И. ТЕХНОЛОГИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ РУДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ САЛАИРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ Nefedov R.A., Malinovskaya T.D., Sachkov V.I. TECHNOLOGY OF COMPLEX PROCESSING OF ORE CONCENTRATES OF THE SALAIR FIELD ..................................... 298 Нургалиева Г.О., Джусипбеков У.Ж., Баяхметова З.К., Таубаева А.С. МОДИФИКАЦИЯ И ПЕРЕРАБОТКА ФОСФОГИПСА НА НОВЫЕ ВИДЫ МАТЕРИАЛОВ Nurgalieva G.О., Dzhusipbekov U.Z., Bayakhmetova Z.K., Taubayeva А.S. MODIFICATION AND TREATMENT OF PHOSPHOGYPSUM ON NEW KINDS OF MATERIALS .................................................................. 300

343

Орловская С.Г., Калинчак В.В., Зуй О.Н. ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ТЕПЛОМАССООБМЕН В ГАЗОВЗВЕСЯХ ПОРИСТЫХ УГЛЕРОДНЫХ ЧАСТИЦ Orlovskaya S.G., Kalinchak V.V., Zuy O.N. HIGH-TEMPERATURE THERMAL AND MASS TRANSFER IN AEROSUSPENSIONS OF POROUS CARBON PARTICLES .......................... 303 Усупов С.С. АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМАМИ РАБОТ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА Ussupov S.S. AUTOMATIC REGULATION SYSTEM BY THE MODES OF THE MACHINE TOOL WORK ................................................................... 305 Цок Г.Н., Томилова Н.И., Калинин А.А. ПРОГРАММА КОМПЛЕКСНОГО РАЗВИТИЯ ТЕПЛОСНАБЖАЮЩИХ СИСТЕМ МЕГАПОЛИСОВ Tsok G.N., Tomilova N.I., Kalinin A.A. THE PROGRAM OF INTEGRATED DEVELOPMENT DISTRICT HEATING SYSTEMS OF BIG CITIES ................................................................................ 307 Чейдо Г.П., Благодарный А.И., Собстель Г.М., Шакиров С.Р. ВОЗМОЖНОСТИ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ ПО АНСАМБЛЯМ ИЗМЕРЕНИЙ Cheido G.P., Blagodarniy A.I., Sobstel G.M., Shakirov S.R. DIAGNOSTIC MEASUREMENTS ON MINE POWER SUPPLY SYSTEMS . 309 Шолохов М.А., Рахматуллин Т.А., Бровко В.В., Полосков С.И. УСЛОВИЯ КАЧЕСТВЕННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ШВА В ЩЕЛЕВОЙ РАЗДЕЛКЕ ПРИ РАЗНЫХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПОЛОЖЕНИЯХ Sholohov M.A., Rakhmatullin T.A., Brovko V.V., Poloskov S.I. CONDITIONS OF HIGH-QUALITY FORMATION OF WELDING SEAM IN NARROW GAP GROOVE AT DIFFERENT SPATIAL POSITIONS ............... 312 Щукин В.М. ОПТИМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ УСТАНОВЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО СООТНОШЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И УРОВНЯ МЕЖКРИСТАЛЛИТНОЙ КОРРОЗИИ 344

Shchukin V.M. THE OPTIMUM HEAT TREATMENT REGIMES FOR ESTABLISHING AN OPTIMAL BALANCE OF MECHANICAL PROPERTIES AND THE LEVEL OF INTERGRANULAR CORROSION ................................................................... 314 Юркевич Н.В. ТЕХНОЛОГИЯ ВРЕМЕННОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТОДА НЕПРЕРЫВНОГО СЕЙСМИЧЕСКОГО ПРОФИЛИРОВАНИЯ Yurkevich N.V. CONTINIOUS SEISMIC PROFILING METHOD ELEMENTS TIME SYNCHRONIZATION TECHNOLOGY ........................................................... 316

345

Научное издание

ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ, ЭКОНОМИКА, ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Том 1

Сборник статей

Под редакцией А.П. Кудинова

Технический редактор М.А. Кудинов

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. Издательство Политехнического университета, 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29.

Подписано 27.04.2012. Формат 6084/16. Усл. печ. л. 21,58. Тираж 500 экз. Заказ 94.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного Оргкомитетом конференции в типографию Учреждения «Университетские Телекоммуникации» «Типография на Биржевой» 199034, СПб, В.О., Биржевая линия, д. 16.