Монографии

На основе авторских теоретических моделей представлен анализ закономерностей образования наночастиц катализаторов. Продемонстрировано комплексное экспериментальное и теоретическое изучение принципов легирования углеродных нанотрубок в процессе синтеза и выявлены принципы и факторы, определяющие их синтез. Исследованы физические основы плазмохимического легирования углеродных нанотрубок после их синтеза, предложена термодинамическая модель уменьшения энергии распада прекурсоров в газовом разряде с образованием легирующих элементов.

Предложенные физико-математические модели, методы синтеза и легирования массивов углеродных нанотрубок позволяют оптимизировать технологические параметры синтеза массивов нанотрубок с требуемыми свойствами для изделий кремний-углеродной наноэлектроники.

Книга предназначена для преподавателей, научных работников, аспирантов и студентов, специализирующихся в области наноэлектроники.

Быстропротекающие гидро-, газодинамические течения и физико-химические процессы в сплошных средах характерны для широкого класса задач физики и механики взрыва, экстремальных состояний вещества и динамики энергонасыщенных объектов. При создании подобных объектов современной техники, опирающемся на современные методы физического и численного моделирования, необходимы адекватные экспериментальные данные о свойствах веществ, материалов и конструкций во всём возможном диапазоне их значений. Приоритет в настоящее время отдается экспериментальным методам исследований, позволяющим получать информацию в непрерывном режиме (как вариант — в многокадровом режиме) с минимальным влиянием инструмента исследований на исследуемый объект или процесс — то есть так называемым невозмущающим методам, не искажающим своим воздействием течение изучаемого процесса.

Предмет настоящей монографии — интенсивно развивающиеся и занимающие всё более заметное место в арсенале исследователей доплеровские методы с использованием зондирующего когерентного электромагнитного излучения оптического (λ ≈ 0,4…1,6 мкм), и радиоволнового (микроволнового, λ ≈ 1…10 мм) диапазонов длин волн.

В монографии авторы не ставили целью подробное описание конструкций измерительных комплексов и дают лишь описание принципов их функционирования и применения, достаточных для осмысленного использования их специалистами в физике быстропротекающих процессов.

Авторы полагают, что книга будет полезна специалистам в химической физике, физике экстремальных состояний вещества и высоких плотностей энергии, в динамике конструкций, а также аспирантам и студентам старших курсов соответствующих специальностей.

В книге рассмотрены некоторые современные проблемы в области газового горения, а также методы, позволяющие вычислять и оценивать критические (предельные) условия зажигания, воспламенения и распространения пламени на основании результатов экспериментальных исследований, бóльшая часть которых проведена авторами этой книги.

Книга, подготовленная под эгидой Совета РАН по проблемам климата Земли, содержит материалы ведущих ученых страны по актуальным вопросам определения влияния метана на климатические изменения, основанные на обширном перечне научных публикаций и исследованиях авторов. Рассмотрены источники и стоки метана, представлены количественные оценки соотношения естественных (природных) и антропогенных выбросов в атмосферу метана в России и в мире. Выполнен анализ роли метана в атмосферных фотохимических процессах с оценкой современных изменений концентрации метана в атмосфере и их причин. Особое внимание уделено выбросам метана в Арктической зоне, включая эмиссию метана из многолетнемерзлых болот России. Представлены результаты сравнительного анализа систем коэффициентов, используемых при определении эмиссии метана в атмосферу в национальных кадастрах. В том числе представлены соответствующие коэффициенты для производственных процессов нефтяной и газовой промышленности. Рассмотрены новые метрики для оценки выбросов парниковых газов. Особое внимание уделено факторам, влияющим на глобальные и региональные изменения климата с оценкой роли антропогенных выбросов метана в атмосферу, в том числе с использованием моделей земной системы Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН и Института вычислительной математики им. Г.И. Марчука РАН. 

 Книга предназначена как для специалистов – представителей профильных ведомств и организаций реального сектора экономики, так и для широкого круга специалистов, научных работников, профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов образовательных учреждений, специализирующихся в данных областях.

В книге впервые систематизированы экспериментальные результаты по термодинамике испарения и диссоциации практически всех элементов нитридов периодической системы Д.И. Менделеева, опубликованных в мировой литературе до 2020 года. Представлен широкий спектр данных по давлению, составу пара, а также термодинамические свойства газообразных нитридов, полученные в результате исследования процессов испарения.
Для научных работников и инженеров, работающих в области черной и цветной металлургии, аспирантов и студентов старших курсов.

В книге рассматриваюется кардиальныеая вопросы о причинах, о физико-химическогом механизме протекания процессов горения, взрыва и детонации газов. Изложены теоретические концепции и экспериментальные данные, относящиеся к выявлению и доказательству определяющей роли цепного механизма в процессах горения, взрыва и детонации. Показано, что вопреки общепринятым ранее представлениям, осуществление цепной лавины является необходимым условием горения газов не только при давлениях в десятки и сотни раз ниже атмосферного давления, фактически в отсутствии саморазогрева, но также при атмосферном и повышенных давлениях, в том числе, в режимах взрыва и детонации. На базе обширного экспериментального материала показано, что при учете цепной природы реакций во всех режимах горения получают адекватное объяснение их фундаментальные закономерности, не находившие объяснения ранее. Объясняются особенности физико-химического механизма процессов при саморазогреве, обеспечивающие наблюдаемые очень большие скорости и ускорения реакций горения, взрыва и детонации. Описываются и интерпретируются неизвестные ранее кинетические особенности горения и критические явления. Обращено особое внимание экспериментальной проверке положений разработанной теории неизотермических цепных процессов. Описываются созданные на базе теории химические методы управления горением, взрывом и детонацией на всех стадиях их возникновения и развития. Приводятся примеры применения методов в практике.
Монография предназначена для научных сотрудников и инженеров, работающих в области процессов горения, взрыва и детонации газов, а также преподавателей вузов и аспирантов по специальностии «химическая кинетика и горение».

В настоящей монографии на основе физико-математического моделирования исследуются средне- и макромасштабные взрывные процессы на всех высотах в атмосфере Земли и в ближнем космосе. Это изучение проведено с помощью аналитических и численных методов для широкого круга задач, относящихся как к природным явлениям (эксплозивные извержения вулканов, взрывоподобное разрушение космических тел в атмосфере), так и связанным с деятельностью че­ловека (проведение крупномасштабных взрывных геофизических экспериментов в ионосфере, разработка способов отражения столкновения метеороидов с Землей посредством ракетно-ядерного оружия и т. п.). Значительное место в монографии отведено лабораторному физическому моделированию с помощью лазерной плаз­мы наиболее сложных физических процессов, сопровождающих взрыв. Материал книги основан главным образом на опубликованных работах авторов.
Монография рассчитана на научных сотрудников, специализирующихся в об­ласти газовой динамики, физики плазмы, лабораторных исследований газоплаз­менных течений высокой удельной энергии и методов их численного моделирова­ния. Книга будет полезна студентам старших курсов и аспирантам соответству­ющих специальностей.

Показаны эколого-биологические особенности бобовых растений, механизмы и размеры симбиотической и ассоциативной азотфиксации и агроэкологическая роль бобовых растений в агроландшафтах. В основе азотфиксации лежит сложный механизм лектин-углеводного взаимодействия растений и микроорганизмов. Размеры симбиотической азотфиксации могут достигать 150–550, ассоциативной – 25–90 кг N/га. Варьирование размеров фиксации азота определяется генотипическими признаками бобовых растений и микросимбионта и действием экологических факторов природного (тип и влажность почвы, температура, кислотность, засоление) и антропогенного характера (использование минеральных и органических удобрений, микроудобрений, применение инокуляции микробными препаратами, воздействие пестицидов, тяжелых металлов, радионуклидов, газов, эрозия почв). В частично загрязненных агроэкосистемах бобовые растения формируют нормативно чистую растениеводческую продукцию.Вместе с тем в их урожае возможно накопление веществ природного происхождения и ряда загрязняющих компонентов (нитраты, тяжелые металлы, остатки пестицидов и радионуклиды).

Монография посвящена памяти выдающихся отечественных ученых, внесших большой вклад в науку о горении и развитие ее технологических приложений, основоположника метода СВС, академика Александра Григорьевича Мержанова и создателя ряда уникальных технологий получения синтез газа на основе процессов парциального окисления (горения) природного газа Заслуженного деятеля науки Российской Федерации, профессора Юлия Абрамовича Колбановского.

Черноземы России богаты углеродом и азотом, обладают активным сообществом микроорганизмов, являются уникальным природным реактором трасформации азотсодержащих веществ по всему почвенному профилю. Подтипы черноземов отличаются по содержанию, запасам и подвижности различных форм азота. Микробное сообщество играет важную роль в образовании и накоплении соединений азота в черноземных почвах. Накопление азотсодержащих органических соединений в черноземах и активность гидролитических ферментов азотного обмена определяют уровень их плодородия и устойчивости. Длительное использование черноземных почв ведет к потерям содержания и запасов гумуса и азота. По динамике изменений запасов минерального азота в почве определяют обеспеченность возделываемых культур азотом, уровень их продуктивности и качество урожая. Оптимизация содержания гумуса и азота в черноземных почвах достигается системой севооборотов, системой обработки почвы и системой применения органических и минеральных удобрений. При выращивании сельскохозяйственных культур на черноземных почвах растения используют 33-42% азота удобрения, в почве закрепляется 22-36%, газообразные потери азота достигают 20-36% от применяемой дозы. При внесении органических удобрений (меченных 15 N) растения используют меньше азота удобрения, меньше его теряется и больше закрепляется в почве по сравнению с азотными минеральными удобрениями. Органические удобрения повышают устойчивость агроэкосистем на черноземных почвах. Экологические аспекты потоков азота в экосистемах на черноземных почвах затрагивают изменение азотного режима почв при подкислении, потери азота в процессе водной эрозии и его газообразные потери (в том числе эмиссию парниковых газов), а также загрязнение природных вод и продукции нитратами.
Книга рассчитана на широкий круг специалистов в области почвоведения, агрохимии, земледелия и экологии, студентов и преподавателей высших учебных заведений, специалистов сельскохозяйственных предприятий.

В работе рассмотрены методы и подходы для решения задач газовой динамики на высокопроизводительных вычислительных системах. Для них наиболее предпочтительной является организация структурированного доступа в память, поэтому в предлагаемых методах используются декартовы сетки, включая и разновидность с локальной адаптацией. Рассматриваемые методы позволяют на сетках такого типа решать задачи со сложной геометрией, а предлагаемые параллельные алгоритмы для них обеспечивают хорошую масштабируемость на вычислительных системах с массивным параллелизмом.

Работа посвящена многомасштабному трехуровневому подходу к решению задач нанотехнологии с помощью суперкомпьютерных вычислительных систем. В основе подхода лежит объединение моделей механики сплошной среды и динамики Ньютона для отдельных частиц. Подход охватывает три масштабных уровня: макроскопический, мезоскопический и микроскопический. Применительно к системам газ ‒ металл в качестве модели на макроскопическом уровне используются квазигидродинамические уравнения в газовой и твердой фазах. В качестве моделей на мезо- и микроуровнях используются уравнения динамики Ньютона. Численная реализация подхода основана на методе расщепления по физическим процессам и опирается на четыре класса алгоритмов. Технология распараллеливания основана на принципах геометрического параллелизма и рационального разбиения расчетной области. Апробация подхода выполнена на примере задачи о течении струи азота из баллона с высоким давлением через микросопло в микроканал и далее в вакуумную камеру. Полученные результаты подтверждают высокую эффективность разработанной методологии.

В работе рассмотрены методы и подходы для решения задач газовой динамики на высокопроизводительных вычислительных системах. Для них наиболее предпочтительной является организация структурированного доступа в память, поэтому в предлагаемых методах используются декартовы сетки, включая и разновидность с локальной адаптацией. Рассматриваемые методы позволяют на сетках такого типа решать задачи со сложной геометрией, а предлагаемые параллельные алгоритмы для них обеспечивают хорошую масштабируемость на вычислительных системах с массивным параллелизмом.

В обзоре представлен сравнительный анализ параметров импульсных лазеров и лазерных систем на парах меди (ЛПМ и ЛСПМ) с другими типами газовых и твердотельных лазеров и их возможности промышленного использования в области обработки материалов. Показано, что ЛПМ с длинами волн излучения 510,6 и 578,2 нм, наносекундной длительностью импульсов и световым пятном диаметром 10...20 мкм с плотностью пиковой мощности 10 9 -10 11 Вт/см2 являются уникальными инструментами для эффективной и качественной микрообработки практически любых металлических и большого круга неметаллических материалов. Разработанный промышленный ЛПМ «Кулон-06» со средней мощностью излучения 6-8 Вт и частотой повторения импульсов (ЧПИ) 15 кГц стал основой для создания современных автоматизированных лазерных технологических установок (АЛТУ) «Каравелла-2» и «Каравелла-2М» с рабочим полем 100х100 и 200х200 мм для производительной прецизионной микрообработки фольговых материалов (0,01-0,2 мм). На основе ЛСПМ моделей «Кулон-10»и «Кулон-20», работающих по эффективной схеме ЗГ – УМ, мощностью излучения 10-15 и 20-25 Вт и ЧПИ 14 кГц созданы современные АЛТУ «Каравелла-1» и «Каравелла-1М» с рабочим полем 150х150 мм для микрообработки тонколистовых материалов (0,3-0,5 мм и 0,6-1 мм). Лазерный способ микрообработки импульсным излучением с наносекундной длительностью обеспечивает на порядок большую производительность по сравнению с традиционными способами, включая и ЭЭО, малые шероховатость поверхности реза (≤ 1...2 мкм) и зону термического влияния (≤ 3...5 мкм) и нет расслоения и микротрещин в таких металлах как молибден и вольфрам.