Основные результаты научной деятельности за 1995 г.

1. Проведены исследования широкого круга красителей для перестраиваемого лазера, найдены оптимальные режимы накачки растворов на красителях, обеспечивающие как эффективное двухступенчатое резонансное возбуждение атомов Li в эффузионном пучке естественного изотопного состава, так и селективную фотоионизацию избранного изотопа.
   Этот эффект селективной ионизации при двухступенчатой накачке паров, содержащих естественную смесь изотопов, позволил произвести регулируемое по составу смеси разделение изотопов (от естественного состава до полного обогащения потока ионов из пучка только одним из изотопов).
   Для этой цели была создана система высокой монохроматизации излучения перестраиваемого лазера и тонкой перестройки длины волны излучения генерации (в экcпериментах с Li спектральный диапазон шириной 0.02 нм сканировался "окном" шириной 0.0002 нм). Для точного измерения длины волны, генерируемой перестраиваемым лазером, разработан, построен и введен в эксплуатацию специализированный измерительный комплекс, обеспечивающий измерение длин волн излучения во всем диапазоне перестройки частот с точностью не менее 4·10^-7 от абсолютного значения длины волны (Ильин А.М., Мощевикин А.П., Смирнов С.В., Хахаев А.Д.).

2. С использованием многофункционального лазерного комплекса изучены физические эффекты при воздействии лазерного излучения на поверхность оксидов переходных металлов, и получены данные о влиянии мощности, энергии и частоты излучения на эффективность кристаллизации аморфных пленок, скорость травления обработанных материалов в различных растворах и дифракционной эффективности отражательных решеток, созданных с использованием технологий, основанных на описанных физических явлениях. Работа проведена совместно с сотрудниками и преподавателями КФТТ (Ильин А.М., Кобылин В.И., Пергамент А.Л., Стефанович Г.Б., Хахаев А.Д.).

3. По программе "Информатизация России". создана многопользовательская многозадачная среда на базе ЛВС КИИСиФЭ. Для этого были исследованы различные варианты программно-аппаратных комплексов и большой набор программных средств, использующих поддержку ОС UNIX (OSF/1, Ultrix), MSDOS/Windows, Windows NT, Найдены оптимальная конфигурация объединения ресурсов сети, устраняющая конфликты в пользовательской среде. Конфигурация разрабатывалась согласно технологии открытых систем. Решены вопросы работы в сети автоматизированных рабочих мест, включающих экспериментальные установки для научных исследований, и определены системные программные средства, оптимально решающие задачу поддержки таких АРМ (Луизова Л.А., Хахаев И.А., Хахаев А.Д.).

4. Теоретически исследовались термодинамические и кинетические характеристики фуллеренов в растворах. Показано, что фуллерены в растворах имеют тенденцию к образованию кластеров. Вычислена функция распределения кластеров по размерам в растворах. Показано, что тенденция к образованию кластеров в растворах фуллеренов приводит к концентрационной зависимости коэффициентов диффузии и термодиффузии фуллеренов. Установлено, что эти зависимости могут быть использованы в качестве основы для разработки нового диффузионного метода разделения, обогащения и очистки фуллеренов. Проанализированы также возможности развития химического метода разделения, основанные на установленном экспериментально различии скоростей протекания реакции фуллеренов различные сорта с атомами щелочных металлов (Елецкий А.В., Смирнов Б.М., Хахаев А.Д.; работа выполнялась совместно с РНЦ "Курчатовский Институт" и ИВТРАН).

Основные результаты научной деятельности за 1996 г.

1. Создана методика и аппаратура для решения задач изотопически селективной фотоионизационной спектроскопии веществ в пороговом состоянии с масс-спектрометрическим времяпролетным детектированием изотопов. В основе методики лежит использование многоступенчатого фотовозбуждения (фотоионизации) атомов лазерным излучением и сканирование полосы поглощения атомов нужных изотопов перестраиваемым лазером для эффективного селективного возбуждения атомов этих изотопов с последующей фотоионизацией их второй ступенью лазерного воздействия. Применение времяпролетного анализа полученных ионов, с одной стороны, повышает общую чувствительность методики, с другой стороны, способствует увеличению селективности анализа. Проведены эксперименты с разделением изотопов Li⁶ и Li⁷ и определено их относительное содержание в исследованных образцах, содержащих их смесь.

2. Разработана концепция, и создана экспериментальная модель многозадачной многопользовательской среды поддержки физических экспериментов (в частности, экспериментов по спектроскопической диагностике низкотемпературной плазмы и взаимодействия атомных частиц) на основе комплекса средств вычислительной техники, аппаратуры КАМАК, исследовательских стендов, а также общего и специального программного обеспечения, объединенных в единую гетерогенную систему, удовлетворяющую требованиям открытых систем и, по сути, являющуюся компонентом Intranet.

3. Разработана новая модель возбуждения атомных состояний при нейтрализации ионов в потоке, рассеиваемом твердым телом, метод и техника расчета эффективности заселения атомных состояний при таком рассеянии. Эта модель, основанная на представлениях о резонансной нейтрализации ионов как процесса подбарьерного туннелирования электрона твердого тела на дискретный энергетический уровень в поле иона и учитывающая угловое распределение рассеянных ионов, позволяет рассчитывать зависимость вероятности образования возбужденных атомов от энергии связи электрона в этом атоме и от скорости налетающих ионов.

4. Разработана методическая основа детектирования и анализа пространственных характеристик упорядоченных структур в низкотемпературной плазме, использующая технику томографии.

Основные результаты научной деятельности за 1997 г.

1. Теоретически оценены физические условия устойчивого существования кластеров в кристаллической и жидкокапельной форме в неоднородной плазме. Найдены критерии их роста и деградации, связанные с потенциалами межатомного взаимодействия (проф. Елецкий А.В.).

2. Экспериментально обнаружены коррелирующие с представлениями об условиях существования и природе кластеров особенности в заселенностях возбужденных состояний и пространственных распределениях компонентов плазмы закрытой дуги в парах металлогалоидов (проф. Хахаев А.Д., проф. Луизова Л.А.).

3. Экспериментально достигнута точность определения длин волн и изотопического распределения уровней изотопов Li⁶ и Li⁷, соответствующая наиболее точным (в мировой практике) методам при значительно более простом наборе технических средств. Результаты получены благодаря эффективной автоматизации сбора и обработки данных (Ильин А.М., Мощевикин А.П.).

4. Проведены расчеты коэффициента выхода возбужденных атомов при бомбардировке металлической поверхности пучком медленных положительных ионов. На основе сравнения с экспериментальными данными проведен анализ теоретической модели изучаемого явления и предложены пути ее усовершенствования (Жиганов Е.Д, проф. Елецкий А.В.).

5. Создана многопользовательская многозадачная сеть типа Intranet (Internet, функционирующая как гетерогенная ИИС, включающая экспериментальные стенды как естественный элемент (источник информации), отличающаяся возможностями представления распределенных в сети информационных и вычислительных ресурсов пользователю, осуществляющему эксперимент и обработку его результатов на испытательном стенде при одновременном обеспечении выполнения широкого круга задач и другими пользователями в сети (Кипрушкин С.А.).

Основные результаты научной деятельности за 1998 г.

1. Получены сечения возбуждения нейтральных атомов Ne при столкновении быстрых атомов неона (50-1000 эВ) с атомами собственного газа для уровней с главным квантовым числом от 3 до 10. Данные указывают на необходимость развития теории взаимодействия многоэлектронных атомов, т.к. существующие представления не описывают наблюдаемых закономерностей (Курсков С.Ю., Петров Ю.Б., Сафронов Ю.В.).

2. Развиты представления о формировании излучательных характеристик дугового разряда со сложным составом наполнения. Найдены пути моделирования пространственных распределений компонентов плазмы и их кинетики, позволяющие описать результаты наблюдений при оптической диагностике такой плазмы (проф. Луизова Л.А., Патроев А.В., проф. Хахаев А.Д.).

3. Исследована гетерогенная сеть типа Intranet/Internet с источниками информации, представляющими исследовательcкие стенды с магистрально-модульной аппаратурой получения данных. Найдены способы интеграции измерительной информации в общий поток для размещения в базе данных автоматизированной информационно-измерительной системы (Кипрушкин С.А.).

4. Исследованы возможности использования системы LabVIEW для создания информационно-измерительных комплексов для технологических применений. Создана система имитационного моделирования технологического процесса подготовки древесной массы для производства бумаги, построена система управления оптическим спектрометром с помлощью LabVIEW (Екимов Д.А., проф. Хахаев А.Д.).

Основные результаты научной деятельности за 1999 г.

1. Продолжено развитие спектроскопических методов диагностики плазмы. Показано, что использование метода главных компонент при обработке больших массивов спектроскопической информации, собираемых автоматизированными спектроскопическими комплексами, позволяет не только получить устойчивые к шумам эксперимента распределения излучательных характеристик неоднородной плазмы, но и наиболее рациональным образом с точки зрения экономии вычислительных ресурсов и времени обработки исключить влияние аппаратных искажений зарегистрированных контуров спектральных линий. Создан пакет программ, реализующих предложенные алгоритмы обработки данных (проф. Луизова Л.А., Соловьев А.В., проф. Хахаев А.Д.).

2. Исследован механизм возбуждения 3p'[1/2]₁ – и 3p'[3/2]₁ – уровней Ne I при парных столкновениях атомов неона низких энергий. Поведение функций поляризации спектральных линий 588.2 нм (3s[3/2]₂⁰ - 3p'[1/2]₁ – переход) и 626.6 нм (3s'[1/2]₀⁰ - 3p'[3/2]₁ – переход) позволило сделать вывод, что основным механизмом заселения состояний 2p⁵3p – конфигурации, вероятно, является двухступенчатый механизм, включающий 4fσ_u-5pσ_u и 5pσ_u-5fσ_u – переходы, обусловленные радиальным взаимодействием квазимолекулярных термов Ne2 (Курсков С.Ю., Тиккоева М.М.).

3. Разработаны теоретические основы и создана установка для апробации нового метода диагностики компонентов плазмы с использованием перестраиваемого лазерного излучения (Ильин А.М., проф. Хахаев А.Д.).

4. Создана установка пламенной атомизации на основе пропано - воздушной смеси, исследованы режимы стабильного ее функционирования, установлены границы возможных значений плазмообразующих потоков, измерена температура полученного пламени с вводимой исследуемой смесью (проф. Хахаев А.Д.).

5. С использованием интегрированной среды LabVIEW для поддержки процедур сбора, первичной обработки и представления результатов спектроскопических измерений создан пакет программного обеспечения автоматизированного исследования спектральных распределений лучистых потоков, реализующий технологию виртуальных инструментов (проф. Луизова Л.А., проф. Хахаев А.Д.).

6. Организован удаленный доступ к физическому оборудованию на основе Web-технологий. Создан виртуальный ручной контроллер для управления аппаратурой КАМАК через Internet. Виртуальный контроллер реализован в виде Web-страницы, которая доступна с помощью стандартного браузера из глобальной сети (Кипрушкин С.А., Кошкин А.В., Курсков С.Ю.).

7. Исследованы возможности управления аппаратурой КАМАК в режиме удаленного доступа с использованием средств LabVIEW. Написана программа-драйвер для реализации таких возможностей, а также программы для управления различными модулями КАМАК (Екимов К.А., Подрядчиков С.Ф., Приходченко Р.В., проф. Хахаев А.Д.).

8. Развита и модифицирована сеть Intranet кафедры для повышения ее производительности до 100 Мб/с (Кипрушкин С.А., Мощевикин А.П., проф. Хахаев А.Д.).

Основные результаты научной деятельности за 2000 г.

1. Экспериментально исследовано влияние пылевых частиц на спектроскопические характеристики тлеющего разряда в неоне и предложена интерпретационная модель этого явления (проф. Луизова Л.А., аспирант Подрядчиков С.Ф., проф. Хахаев А.Д.).

2. Получены новые экспериментальные данные о закономерностях возбуждения многоэлектронных атомов (Ne) при парных атом-атомных столкновениях в диапазоне энергий от порога до 1 кэВ (Курсков С.Ю., проф. Хахаев А.Д.).

3. Создан набор модулей пользовательского интерфейса для обеспечения научных разработок и лабораторных работ с применением LabVIEW и оптико-спектральных исследовательских стендов (аспирант Екимов К.А., проф. Луизова Л.А., аспирант Приходченко Р.В., проф. Хахаев А.Д.).

4. Разработано программное обеспечение на базе Web-технологий для обеспечения многопользовательского режима удаленного доступа к аппаратуре КАМАК (Жиганов Е.Д., Кипрушкин С.А., Курсков С.Ю.).

5. Создан эффективный алгоритм и программное обеспечение для разработки адекватных моделей процессов формирования излучательных характеристик плазмы на базе больших первичных массивов экспериментально измеренных контуров спектральных линий (при наличии шумов и аппаратных искажений) (проф. Луизова Л.А., Соловьев А.В., проф. Хахаев А.Д.).

Основные результаты научной деятельности за 2001 г.

1. Разработана структура распределенной информационно-измерительной системы для удаленного управления физическим экспериментом. Система включает коммуникационный сервер, серверы управления оборудованием (КАМАК-сервер, КОП-сервер и сервер доступа к микроконтроллеру MCS-96), Web-сервер для мониторинга системы и клиентские автоматизированные рабочие места. Коммуникационный сервер является посредником между серверами оборудования и клиентскими программами, он функционирует в многопользовательском режиме и обеспечивает корректное распределение разделяемых ресурсов. Система строится на базе протокола TCP, что обеспечивает ее интеграцию в глобальную компьютерную сеть. На данный момент реализован нижний уровень системы, который включает КАМАК-сервер и КОП-сервер, обеспечивающие непосредственный доступ к измерительным и исполнительным устройствам соответствующих приборных интерфейсов (Гаврилов С.Е., Жиганов Е.Д., Кипрушкин С.А., Курсков С.Ю.).

2. В диапазоне длин волн от 260 до 795 нм исследованы спектры возбуждения Ne I при столкновениях атомов неона низких энергий в основном состоянии. Получены сечения возбуждения ряда спектральных линий и функции поляризации испускаемого излучения для 2p⁵3p-2p⁵ns –, 2p⁵3s-2p⁵np – и 2p⁵3p-2p⁵nd – переходов в зависимости от главного квантового числа (3≤n≤11) и энергии соударения (от порога до 500 эВ). Выполнен анализ сериальных зависимостей, сделана оценка роли различных механизмов в заселении указанных состояний (Курсков С.Ю.).

3. Впервые исследовано влияние плазменного кристалла на спектроскопические характеристики тлеющего разряда постоянного тока в неоне в области существования стабильного кристалла, которая при давлении 0.4 мм. рт. ст. соответствует диапазону токов 1.2 – 2.4 мА. Разряд при этом стратифицирован, кристалл образуется в "голове" страты. Для формирования кристалла использовались частицы полидисперсного Al₂O₃ с основной фракцией 2 – 5 мк, концентрация частиц в кристалле порядка 104 см^-3. Показано, что абсолютная интенсивность спектральных линий неона, соответствующих группе переходов 2р⁵3p-2p⁵3s изменяется при вбросе частиц, причем величина и знак изменения зависят от разрядного тока: от возрастания на 19% при вбросе частиц при минимальном токе до убывания на 2% при максимальном токе. Измерение реабсорбции методом "зеркала за трубкой" позволило сделать верхнюю оценку концентрации метастабилей (<10¹¹ см^-3), а также убедиться, что в данных условиях рассеяние на частицах и поглощение ими не оказывает значимого влияния на интенсивность. Построена теоретическая модель процесса, и на ее основе сделаны оценки наблюдаемого эффекта. Рассчитанные по модели интенсивности линий и их изменение при вбросе частиц согласуются с экспериментом. Обнаружена слабое, но значимое (в среднем на 3%) уширение поперечного профиля яркости линий при вбросе частиц (проф. Луизова Л.А., аспирант Подрядчиков С.Ф., проф. Хахаев А.Д.).

4. Разработан и введен в эксплуатацию автоматизированный програмно-аппаратный комплекс для диагностики неоднородной нестационарной плазмы на основе LabVIEW с возможностью удаленного управления оборудованием. Варианты комплекса реализованы на спектроскопических установках на основе спектрометра ДФС-12 и на основе сканирующего интерферометра Фабри-Перо с прибором предварительной монохроматизации ИСП-51. Создано оригинальное программное обеспечение для сбора и обработки данных на этом комплексе, способное обслуживать работу подобных систем, использующих для сопряжения спектроскопического оборудования с другими компонентами экспериментальных или технологических стендов как средства LabVIEW, так и аппаратуру КАМАК (Екимов К.А., проф. Луизова Л.А., аспирант Приходченко Р.В.).

Основные результаты научной деятельности за 2002 г.

1. Методами оптической спектроскопии в диапазоне длин волн от 310 до 830 нм исследованы спектры возбуждения Ar I при столкновениях атомов аргона низких энергий с аргоновой мишенью. По данным спектрам впервые получены сечения возбуждения спектральных линий для 3p⁵4s-3p⁵np – переходов Ar I (4≤n≤6) при энергиях столкновения, соответствующих условиям применимости адиабатического приближения (доц. Курсков С.Ю.).

2. Впервые к обработке массивов контуров спектральных линий излучения неоднородной плазмы (дуги высокого давления), полученных с помощью автоматизированного комплекса на основе LabVIEW, применен рациональный алгоритм коллективной обработки, обеспечивающий значительное повышение устойчивости результатов к шумам эксперимента при решении сразу двух некорректных обратных задач: редукции к идеальному прибору и радиальных преобразований. Полученные массивы контуров излучения элементарных объемов плазмы, лежащих на различных расстояниях от ее оси, использованы для оценки пространственного распределения концентрации электронов (по штарковским сдвигам) и нормальных атомов (по резонансному уширению) (проф. Хахаев А.Д., проф. Луизова Л.А., Екимов К.А., аспирант Приходченко Р.В.).

3. Продолжено развитие распределенной информационно-измерительной системы поддержки экспериментальных исследований с обеспечением удаленного доступа к информационным и техническим ресурсам в сетях Интранет/Интернет. Система включает коммуникационный сервер, серверы управления оборудованием (КАМАК-сервер, КОП-сервер и сервер доступа к микроконтроллеру MCS-96), Web-сервер для мониторинга системы и клиентские автоматизированные рабочие места. Разработаны прикладные протоколы коммуникационного сервера и серверов оборудования (на базе протокола TCP), модернизированы серверы КАМАК и КОП в соответствии с данными протоколами, создан сервер микроконтроллера MCS-96, разработан отладочный клиент для тестирования серверов оборудования, проведено их тестирование (Гаврилов С.Е., Жиганов Е.Д., Кипрушкин С.А., доц. Курсков С.Ю.).

4. Разработан вариант протокола передачи данных для распределенных систем сбора информации. Этот протокол соответствует шестому и седьмому уровням OSI/RM. Протокол DTP/DIA предоставляет возможность передачи измерительной информации с возможностью идентификации источника данных, и благодаря своей простоте может быть реализован даже в простых измерительных устройствах. Данный протокол тестируется на базе сети датчиков температуры thermo.karelia.ru (доц. Мощевикин А.П., Соловьев А.В.).

5. На основе обучающей программы "Моделирование и исключение одномерных аппаратных искажений" создан Web-сервис для обработки двумерных функций. Разработанный сервис представляет собой аппаратно-независимый комплекс программных средств (сценариев) для моделирования и исключения аппаратных искажений двумерных функций (изображений). Данный Web-сервис является публичным средством как для использования в процессе обучения, так и для обработки результатов научных экспериментов (Соловьев А.В.).

Основные результаты научной деятельности за 2003 г.

1. Получены новые знания и представления о процессах формирования в плазме упорядоченных плазменно-пылевых структур и о взаимном влиянии среды и образующихся в ней структур друг на друга. Впервые практически реализован метод томографии для изучения "плазменного кристалла" – стабильной упорядоченной структуры, возникшей в ходе самооорганизации макрочастиц в плазме тлеющего разряда, и, на основании сравнения с модельным экспериментом, показана адекватность восстановленной структуры модельному "кристаллу" (Бульба А.В., проф. Луизова Л.А., Подрядчиков С.Ф., Щербина А.И., проф. Хахаев А.Д.).

2. Получены новые знания об элементарных процессах столкновительного возбуждения атомов инертных газов при парном взаимодействии. В частности, обобщены данные по сериальным закономерностям в сечениях возбуждения ряда переходов He I, Ne I и Ar I при низких энергиях столкновения. Показано, что при энергии соударения в несколько сотен электрон-вольт сериальные зависимости величин сечений возбуждения обнаруживают все более быстрый спад значения сечения в зависимости от главного квантового числа излучающего уровня при возрастании атомного веса и количества электронов у партнеров взаимодействия (доц. Курсков С.Ю., проф. Хахаев А.Д.).

3. Создана распределенная информационно-измерительная система поддержки экспериментальных исследований с обеспечением удаленного доступа к информационным и техническим ресурсам. Отличительной особенностью системы является то, что она обеспечивает сетевую интеграцию автоматизированных исследовательских комплексов в естественнонаучных областях знаний и предоставляет коллективный доступ к их ресурсам в сетях, функционирующих на базе стека протоколов TCP/IP. Доступ к физическому оборудованию в системе осуществляется с помощью серверов стандартных приборных интерфейсов, а также коммуникационного сервера, интегрирующего серверы оборудования в единую систему. Коммуникационный сервер обеспечивает поддержку многопользовательского режима, корректное распределение ресурсов между клиентами и защиту от несанкционированного доступа. Защита данных в системе построена на основе криптографических средств, что гарантирует целостность, неаннулируемость и конфиденциальность данных в условиях многопользовательского сетевого доступа к ресурсам распределенной системы. Для управления ходом эксперимента разработаны программы-клиенты, реализующие методы оптической спектроскопии применительно к пучковым и плазменным объектам (Гаврилов С.Е., Кипрушкин С.А., Королев Н.А., доц. Курсков С.Ю.).

4. Проведено комплексное исследование электрических, энергетических, оптических и спектральных характеристик индукционного разряда трансформаторного типа, генерируемого на частотах 10-250 кГц в аргоне, неоне, ксеноне, воздухе; в кислородно-аргоновых и метано-аргоновых смесях; в парах ртути, кадмия и серы. Рассмотрены вопросы согласования источника питания с нагрузкой (индукционным разрядом), выведены критерии, предъявляемые к геометрическим, магнитным и частотным параметрам магнитопроводов, необходимые для расчета оптимальных характеристик трансформаторного плазмотрона.

5. Создан ряд научно- и учебно-методических пособий для широкого круга специалистов, аспирантов и студентов, работающих над разработкой приложений низкотемпературной плазмы, а также ведущих исследования и разработки в смежных областях.

Основные результаты научной деятельности за 2004 г.

1. Продолжено исследование проблемы модификации, синтеза, деструкции углеродосодержащих веществ, а также процессов самоорганизации микрочастиц в упорядоченные структуры в комплексной плазме. Получен большой массив экспериментальных данных и теоретических расчетов и следующих из них новых знаний и представлений, которые используются для разработки инновационных проектов и способствуют развитию научно-образовательной платформы по проблемам приложений низкотемпературной плазмы (проф. Елецкий А.В., проф. Хахаев А.Д., Подрядчиков С.Ф., Щербина А.И., Бульба А.В.).

2. Продолжено развитие распределенной информационно-измерительной системы, предназначенной для решения исследовательских задач в области оптической спектроскопии и поддержки образовательного процесса на физико-техническом факультете Петрозаводского государственного университета. Разработан и реализован механизм удаленного администрирования системы. Доступ администратора к коммуникационному серверу осуществляется с помощью стандартного браузера и Web-сервера. Взаимодействие Web-сервера с центральным сервером системы обеспечивается посредством сервлета, который используется для организации сетевого обмена в соответствии с протоколом системы и динамической генерации HTML-страниц. Средствами визуального программирования LabVIEW создан сетевой интерфейс клиента распределенной информационно-измерительной системы, позволяющий создавать программы-клиенты с использованием технологии виртуальных инструментов (Еременко Р.А., Кипрушкин С.А., доц. Курсков С.Ю., Носович Н.Г.).

3. В рамках развития метода локальной спектроскопии неоднородной плазмы продолжено исследование дугового разряда в парах ртути с добавкой иодида таллия (проф. Луизова Л.А., Екимов К.А.).

4. В связи с разработкой различных способов получения фуллеренов проведена апробация метода комбинационного рассеяния. С этой целью была собрана и оттестирована на образце с известным спектром экспериментальная установка для регистрации комбинационного рассеяния и сделана попытка обнаружить линии комбинационного рассеяния на образце, заведомо содержащем фуллерены (проф. Луизова Л.А., Екимов К.А.).

5. Проведены Всероссийская конференция по физике низкотемпературной плазмы "ФНТП-2004" и школа молодых ученых, студентов и аспирантов. Изданы материалы конференции и лекции семинаров-школ "Методы и техника экспериментального исследования процессов самоорганизации упорядоченных структур в плазменно-пылевых образованиях" (2002 г.) и "Фундаментальные проблемы приложений физики низкотемпературной плазмы" (2003 г.).

6. Определен объем донных отложений Кондопожской губы, составлены карты, схемы, диаграммы, которые дали более наглядную картину расположения массива донных отложений. Проведены анализ материалов донных отложений из масс отходов ЦБК и лесоперерабатывающих предприятий и разработка схем вовлечения этих ресурсов в производство товаров и услуг.

Основные результаты научной деятельности за 2005 г.

1. Продолжено исследование фундаментальных закономерностей и физических моделей генерации низкотемпературной плазмы. Ведется исследование синтеза, модификации и деструкции атомно-молекулярных структур в плазме с целью изучения процессов и механизмов их протекания для дальнейшего использования (проф. Елецкий А.В., проф. Хахаев А.Д., Бульба А.В., Подрядчиков С.Ф., Щербина А.И.).

2. Ведутся работы по оптимизации конструкции и режимов работы индукционных ультрафиолетовых ламп и разработка на их основе модулей для обеззараживания воды и воздуха, которые могут быть внедрены в серийное производство (совместно с Институтом теплофизики им. Кутателадзе Сибирского отделения РАН, Новосибирск). Разработан модуль для производственных технологий и технологий рационального природопользования для обеззараживания воды и воздуха, усовершенствованы конструкции и исполнение ультрафиолетовых индукционных ламп, проведены их испытания (проф. Луизова Л.А., проф. Хахаев А.Д., Екимов К.А., Щербина А.И.).

3. Продолжено развитие распределенной информационно – измерительной и управляющей системы для поддержки научно-образовательного процесса с обеспечением удаленного доступа к информационным и техническим ресурсам в сетях Интранет/Интернет. Создана база данных распределенной системы под управлением СУБД Oracle 9i, разработан Ethernet-интерфейс для подключения аналоговых и цифровых устройств к системе через сеть Ethernet, создано программное обеспечение с применением средств визуального программирования LabVIEW для исследования сериальных закономерностей в спектрах возбуждения тяжелых частиц, ведутся работы по созданию дистанционных лабораторных практикумов по изучению магистрально - модульных интерфейсов и микроконтроллеров MCS-196 (Кипрушкин С.А., доц. Курсков С.Ю., Мулламехаметов В.Г., Семин В.В., Соколов А.Г.).

4. В рамках деятельности ИТЦ "Полярная звезда" совместно с Институтом проблем экологии и эволюции им. И.Н. Северцова РАН (Москва) проведено изучение особенностей гидроакустической регистрации проходных рыб в реках с целью усовершенствования методики количественной оценки численности и динамики распределения рыбных объектов.

5. Проведена Всероссийская школа молодых ученых, студентов и аспирантов "Фундаментальные проблемы приложений физики низкотемпературной плазмы". Изданы материалы данной школы и семинара-школы молодых ученых, студентов и аспирантов "Физика низкотемпературной плазмы", проходившей в ПетрГУ в 2004 году.

Основные результаты научной деятельности за 2006 г.

1. В рамках приоритетных направлений "Информационное обеспечение учебной, научной, производственной и управленческой деятельности" и "Автоматизация физического эксперимента с применением ЭВМ" продолжены работы по развитию распределенной информационно-измерительной и управляющей системы поддержки научно-образовательного процесса в области оптической спектроскопии пучковых и плазменных объектов. В частности, в распределенную систему введен пакетный режим работы, что позволяет программам-клиентам передавать серверам оборудования не отдельные команды, а пакеты команд, обеспечивающие проведение всего эксперимента. Пакетный режим минимизирует объем данных, пересылаемых по сети, повышает надежность системы в целом, а также позволяет клиентам не поддерживать постоянного соединения с системой. Разработан вариант распределенной системы с криптографической защитой на базе SSL-протокола. Продолжено развитие сетевых интерфейсов для подключения измерительных и исполнительных устройств к системе непосредственно через сеть Ethernet. Разработан сетевой интерфейс на базе микроконтроллера ATMega162 и сетевого чипа RTL8019AS. Создан сервер для подключения к системе цифрового осциллографа GDS-840C. Разработано программное обеспечение дистанционного лабораторного практикума по курсу "Автоматизированные системы для научных исследований", обеспечивающее удаленное взаимодействие студентов с аппаратурой экспериментальных комплексов, на которых развернута распределенная информационно-измерительная и управляющая система (Гвоздь М.А., Кипрушкин С.А., Королев Д.В, Королев Н.А., доц. Курсков С.Ю., Мандычев А.В., Мулламехаметов В.Г., Цыкунов А.Н.).

2. В рамках программы "Развитие научного потенциала высшей школы" и приоритетному направлению "Физика плазмы" ведутся работы по проекту "Фундаментальные проблемы физики и приложений комплексной низкотемпературной плазмы" (рук. проф. А.Д. Хахаев).
   
   В ходе работы над проектом
   
   - продолжены исследования нового состояния вещества - комплексной плазмы. В частности, разрабатывается методология изучения комплексной плазмы, методы исследования влияния системы газ - макрочастица на свойства упорядоченных пылевых структур в плазме и определения характеристик плазменной среды. Предложен новый метод анализа изображений пылевых структур по их пространственным спектрам. Изучена динамика пылевых частиц в плазме, получены функции распределения пылевых частиц по скоростям. Установлено, что смещения пылевых частиц взаимно коррелированны, причем степень корреляции зависит от условий в разряде и расположения частиц (Бульба А.В., проф. Луизова Л.А., Подрядчиков С.Ф., Щербина А.И.);
   
   - с использованием спектрометра изображения с интерферометром Фабри - Перо определены пространственные распределения атомной температуры и заселенности метастабильных уровней в лампе трансформаторного типа; эти данные необходимы для оптимизации источника света, перспективного в технологических приложениях (Екимов К.А., Кравченко А.А., проф. Луизова Л.А.);
   
   - разработан пакет программ для реализации методов диагностики неоднородной (в том числе комплексной) плазмы, позволяющий моделировать оптические и пространственные спектры исследуемых объектов (проф. Луизова Л.А., Соловьев А.В.).

Основные результаты научной деятельности за 2007 г.

1. В рамках федеральной программы "Развитие научного потенциала высшей школы" впервые получены количественные данные о характеристиках упорядоченных плазменно-пылевых структур с частицами конденсированной дисперсной фазы (Al₂O₃, Zn) в инертных (Ne, Ar) и молекулярных (N₂, CO₂) газах, существенно расширившие знания и представления о механизмах процессов, формирующих феномен комплексной плазмы (проф. Хахаев, Бульба А.В., проф. Луизова Л.А., доц. Подрядчиков С.Ф., Соловьев А.В., Щербина А.И.).

2. Впервые экспериментально получены сечения возбуждения 4p'[1/2]₁-, 4p'[3/2]₁-, 4p'[3/2]₂- и 4p[3/2]₂-уровней Ar I при столкновениях атомов аргона в основном состоянии в диапазоне энергий соударения от порога до 500 эВ (с.ц.м.). Для 4s[3/2]₂ - 4p'[1/2]₁- и 4s[3/2]₂ - 4p[3/2]₂-переходов исследована поляризация излучения в указанной области энергий. Результаты измерения поляризации позволили проанализировать механизмы заселения уровней Ar I в условиях адиабатических столкновений. В частности, было показано, что при энергиях соударения до 300 эВ основной вклад в заселение 4p'[1/2]₁-уровня дают 4pσ-4pπ-переходы, обусловленные вращательным взаимодействием при малых межъядерных расстояниях, а при больших энергиях - 5fσ-5dσ-переходы, обусловленные радиальным взаимодействием.
   
   По ранее полученным данным также исследован механизм заселения 2³Р-уровня He I при столкновениях атомов гелия в той же области энергий. Показано, что основным механизмом заселения данного уровня атома гелия, вероятно, является следующий:

   

   (Кашуба А.С., доц. Курсков С.Ю., Рыкусов А.Н.).

3. Проведены работы по развитию научно-методической базы лаборатории коллективного пользования и отдела трансфера технологий (Штыков А.С.).

4. По региональной программе развития Республики Карелии по заданию Министерства экономического развития Республики Карелия успешно решена задача коренной модернизации системы контроля и управления для варочного котла, выпускаемого объединением "Петрозаводскмаш". Реализована эргономичная, экономически эффективная и надежная система автоматизации контрольно-измерительного и управляющего оборудования для оснащения варочного котла (Екимов Д.А., Кипрушкин С.А., доц. Подрядчиков С.Ф.).

5. Совместно с предприятием "Промгидроакустика" на основе разработанной на кафедре беспроводной сети мониторинга пространственно-распределенных объектов создана, отлажена и испытана система мониторинга запасов промысловых рыб, имеющая перспективу крупномасштабного внедрения (Дегтев А.И., Жиганов Е.Д., доц. Мощевикин А.П.).

Основные результаты научной деятельности за 2008 г.

1. В результате выполнения проекта "Фундаментальные проблемы физики и приложений комплексной низкотемпературной плазмы" были сформулированы основные концепции решения отдельных проблемы. Показано, что комплексная низкотемпературная плазма является новым состоянием вещества, для которого характерно явление самоорганизации упорядоченных плазменно-пылевых структур, объем, форма и область существования которых определяется, как и для каждого индивидуального вещества, связью характеристик межчастичного взаимодействия с фазовыми состояниями вещества упорядоченных плазменно-пылевых структур. Характеристики межчастичного взаимодействия и вид фазового состояния вещества упорядоченных плазменно-пылевых структур (УППС) определяются особенностями физико-химических свойств вещества частиц конденсированной дисперсной фазы (КДФ) и плазмообразующего газа.
   В ходе выполнения работ по проекту были установлены (в подавляющем большинстве впервые в мире) следующие зависимости и закономерности:
   • зависимость объема УППС из Al₂O₃ при одинаковом числе инжекций от сорта плазмообразующего газа;
   • зависимость объема УППС различных частиц в определенном газе при одинаковых условиях разряда и числе инжекций;
   • зависимость межчастичных расстояний в УППС из различных частиц в одном и том же газе (при одинаковом числе инжекций) и одинаковых частиц в различных газах от тока и давления в разряде;
   • зависимость объема и формы УППС от числа инжекций;
   • зависимость изменения интенсивности спектральных линий в излучении разряда при инжекции частиц от тока и давления в разряде;
   • зависимость вида пространственных спектров изображений структур КДФ от условий разряда и материалов КДФ;
   • зависимость поверхностных и объемных структурных изменений частиц MF-R при различных временах их экспонирования в плазме;
   • динамика поведения частиц КДФ и коэффициентов диффузии в различных газах в зависимости от условий в плазме.
   (Проф. Хахаев А.Д., доц. Бульба А.В., доц. Подрядчиков С.Ф., доц. Соловьев А.В., Щербина А.И.)
2. В рамках выполнения проекта "Разработка автономных беспроводных систем сбора информации с датчиков для использования в технологических процессах, быту, медицине, научных исследованиях и других направлениях" (Министерство экономического развития РК):
   • разработан унифицированный радиомодуль nanoNET, оснащенный интерфейсом USB, реализующий функции измерения физических величин, управления сетью датчиков и ретрансляции данных от узлов датчиков (Slave) до пункта сбора (Master);
   • на языке Си создано встроенное программное обеспечение радиомодулей;
   • разработан алгоритм функционирования самоконфигурирующейся сети датчиков с возможностью ретрансляции;
   • проведены эксперименты по оценке зависимости качества радиосвязи от различных параметров.
   Данные модули были использованы при разработке сетевого гидроакустического комплекса NetCor, применяемого для анализа динамики рыбных ресурсов.
   На XIII Международной выставке-конгрессе "Высокие технологии, инновации, инвестиции HiTech-2008 (Санкт-Петербург, 22-25.09.2008) разработка была награждена дипломом в номинации "Лучший инновационный проект в области информационных технологий и электроники". Кроме того, данная разработка демонстрировались президенту РФ Д. А. Медведеву во время его визита в г. Петрозаводск в июле 2008 года. (Жиганов Е.Д., доц. Мощевикин А.П., доц. Соловьев А.В.)
3. В рамках приоритетных направлений "Информационное обеспечение учебной, научной, производственной и управленческой деятельности" и "Автоматизация физического эксперимента с применением ЭВМ" продолжены работы по развитию распределенной информационно - измерительной и управляющей системы поддержки научно-образовательного процесса в области оптической спектроскопии пучковых и плазменных объектов. В частности, реализован доступ к распределенной системе посредством GSM-сетей путем создания сервера GSM-терминала (Siemens TC65), обеспечивающего вход в систему и взаимодействие мобильного клиента с коммуникационным (центральным) сервером системы. Также разработано специализированное программное обеспечение для сотовых телефонов, реализующее быстрое и эффективное формирование пакетов команд, и их пересылку на сервер системы с помощью сервиса SMS-сообщений. (Когут А.А., доц. Курсков С.Ю., Лукьянов А.Ю.)
4. Продолжено развитие сетевых интерфейсов для подключения измерительных и исполнительных устройств к системе непосредственно через сеть Ethernet. Разработан сетевой интерфейс на базе микроконтроллера AVR ATMega32L и сетевого модуля WIZnet NM7010B+, аппаратно реализующего все протоколы транспортного, сеансового и сетевого уровней стека протоколов TCP/IP (TCP, IP, UDP, ICMP, ARP, DLC и MAC) и протокол PPPoE (Point-to-Point over Ethernet) с PAP/CHAP-протоколами аутентификации. Создан сервер для указанного микроконтроллера, а также сервер для подключения сети Ethernet-устройств к распределенной информационно-измерительной и управляющей системе. (Ильинов А.А., Когочев А.Ю., доц. Курсков С.Ю.)

Основные результаты научной деятельности за 2009 г.

1. Продолжена разработка комплекса обеспечения многоплановой поддержки образовательного процесса ФТФ ПетрГУ. В настоящее время функционирует и используется:
   • система регистрации и единой удалённой сквозной авторизации студентов @DIMS.PRV, применяемая для перечисленных ниже систем;
   • система поддержки сервиса электронной почты студентов и преподавателей;
   • система обеспечения защищённого доступа студентов к многоплатформенным ресурсам (распределённые файл-сервера, сервера аппаратуры и т.д.);
   • система поддержки инфраструктуры Wi-Fi;
   • система онлайн-тестирования знаний студентов (iq.karelia.ru);
   • система сопровождения учебного процесса (электронная доска объявлений, ведение автоматизированных журналов посещения студентами лекций и практик и их успеваемости с автоматической отсылкой отчётности в деканат в ходе семестра).
   (Доц. Соловьев А.В.)
2. В развитие методов автоматизация физического эксперимента разработаны беспроводные средства удаленного управления экспериментом и передачи данных; предложен новый вариант системы сканирования в Фурье-спектрометре изображения; разработаны и опробованы методы повышения информативности экспериментальных данных и программное обеспечение для реализации этих методов. (Гоголев А.С., Жиганов Е.Д., доц. Луизова Л.А., доц. Мощевикин А.П.)
3. При экспериментальном исследовании комплексной плазмы получены статические и динамические численные характеристики плазменно - пылевых структур в тлеющем разряде при различных условиях разряда и частиц из различных материалов; исследована модификации поверхности частиц, входящих в состав плазменных кристаллов, зависимости от условий разряда и времени пребывания частиц в нем; впервые в тлеющем разряде получены пылевые структуры с большим (более 10⁶ частиц в структуре) и управляемым числом частиц конденсированной дисперсной фазы. (Проф. Хахаев А.Д., доц. Бульба А.В., Пискунов А.А., доц. Подрядчиков С.Ф., Семенов А.В., Щербина А.И.)
4. Спроектирована система сбора и обработки информации в беспроводных сетях датчиков с использованием 3D-локации мобильных объектов и создан ее прототип, включающий:
   • автономные радиомодули стандарта nanoLOC (IEEE 802.15.4a) с электропитанием от Li-Ion аккумулятора;
   • точки доступа для обеспечения зоны покрытия беспроводной сетью;
   • встроенное программное обеспечение радиомодулей и точек доступа;
   • алгоритмы функционирования сети и протоколы взаимодействия;
   • серверное программное обеспечение, реализующее взаимодействие по разработанному протоколу INCP, коммутацию сообщений между программными компонентами системы;
   • алгоритмы расчета локаций по собранным данным об измеренных расстояниях между мобильными узлами системы и стационарными точками доступа;
   • прототип клиентского программного обеспечения.
   (Жиганов Е.Д., доц. Мощевикин А.П., доц. Соловьев А.В.)
5. Исследована модификация фазового состава, структуры и свойств оксидов переходных металлов в пленочных микро- и наноструктурах. Обнаружен эффект модификации свойств пленок V₂O₅, полученных золь-гель-методом, при их обработке в водородной плазме. Механизм модификации связан с внедрением водорода в оксид. В МОМ-структурах V/H_xVO₂/Au, полученных методом анодно-катодной поляризации в электролите, обнаружен эффект бистабильного переключения с памятью с N-образной ВАХ. Методами математического моделирования установлено, что механизм переключения обусловлен транспортом ионов водорода в электрическом поле. В структурах на основе анодных оксидов и V₂O₅-геля исследованы процессы электроформовки и порогового переключения с S-образной ВАХ. Показано, что явление переключения в наноструктурах на основе VO₂ имеет размерные ограничения (~ 10 нм по толщине пленки). (Доц. Величко А.А., проф. Пергамент А.Л., проф. Стефанович Г.Б.)
6. По направлению "Рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов" проведены эксперименты по выбору типа разряда для плазменной очистки воды и оптимальной методики хромотографического анализа результата. Создана установка для обработки воды искровым разрядом при атмосферном давлении.

Основные результаты научной деятельности за 2010 г.

Предварительные данные

1. Исследована поверхностная и объемная модификация микрочастиц меламинформальдегида (MF-R), взвешенных в плазме. Исследованы структурная модификация и динамические характеристики макрочастиц в упорядоченных плазменно-пылевых структурах в зависимости от материала частиц и свойств плазмообразующей среды. (Проф. Хахаев А.Д., доц. Бульба А.В., Пискунов А.А., доц. Подрядчиков С.Ф., Семенов А.В., Щербина А.И.)
2. На Всероссийской конференции "Проблемы и перспективы развития научных исследований и индустрии нанотехнологий" (СПб, 2010) Хахаев А.Д. награжден золотой медалью "Ученый года".
3. Продолжено развитие сетевой информационно-измерительной и управляющей системы на базе Ethernet-устройств. Разработаны сетевые устройства на базе микроконтроллера AVR ATMEGA324P и сетевого модуля WIZ810MJ, аппаратно реализующего протоколы транспортного, сеансового и сетевого уровней стека протоколов TCP/IP и протокол PPPoE с PAP/CHAP-протоколами аутентификации. Синхронизация и управление узлами в системе обеспечиваются с помощью разработанной шины, предусматривающей наличие ведущих и ведомых устройств. Применение аппаратной синхронизации позволяет значительно сократить объем передаваемой командной информации, ускорить процесс измерений, а также предоставляет возможность автономной работы системы, если связь с внешней средой нарушена.
   Коммуникационный сервер сетевой системы реализован на микропроцессорной плате ATNGW 100, взаимодействие с внешними сетями обеспечивается как по протоколу IEEE 802.3u, так и посредством GSM-сетей с помощью GSM-терминала, обеспечивающего вход в систему и взаимодействие мобильного клиента с коммуникационным сервером как с использованием сервиса коротких сообщений, так и протокола GPRS. (Когочев А.Ю., Когут А.А., доц. Курсков С.Ю., Лукьянов А.Ю.)
4. В состав ранее созданной распределенной информационно - измерительной и управляющей системы (включающей коммуникационный сервер, серверы доступа к оборудованию (КАМАК-сервер, GPIB-сервер, MCS-сервер, сервер Ethernet-устройств, сервер цифрового осциллографа GDS-840 и др.), измерительные и исполнительные устройства комплекса, а также сервер базы данных) введен сервер программно-управляемой электроники PXI (PCI Extension for Instrumentation). Данный сервер написан на языке Си и обеспечивает доступ к цифровому мультиметру NI-4071 и цифровому осциллографу NI-SCOPE 5105. Для проведения измерений разработан ряд программ-клиентов (консольных и графических) на языке Java, включая PXI-билдер. На базе PXI-сервера создан лабораторный практикум для изучения системы PXI. Данный практикум используется для проведения работ по курсу "Автоматизированные системы для научных исследований". (Кабанен Л.Ю., Казаков М.А., доц. Курсков С.Ю.)
5. С применением технологии Sun SPOT (Sun Small Programmable Object Technology) фирмы Sun Microsystems создан прототип робота для контроля производственных помещений. Прототип робота представляет собой модель автомобиля с набором датчиков, платы управления двигателями, платы сопряжения датчиков и переносного модуля Sun SPOT. Взаимодействие робота с базовой станцией осуществляется по радиоканалу стандарта IEEE 802.15.4 (2.4 ГГц). Возможность произвольного движения в горизонтальной плоскости обеспечивается двумя электродвигателями, один из которых отвечает за движение вперед и назад, другой - за поворот вправо и влево.
   Управление объектом осуществляется командами, посылаемыми базовой станцией, подключенной к ПК. Система управления реализована по принципу "клиент-сервер" с использованием протокола UDP. Разработанный прикладной протокол обеспечивает сбор информации с датчиков и передачу команд управления двигателями модели. Программа-клиент работает на персональном компьютере, на переносном модуле - сервер доступа к исполнительным механизмам и датчикам, также реализующий алгоритм перемещения в заданную точку. Управление может осуществляться как "вручную" (с помощью клавиш на клавиатуре ПК), так и по заранее заданной программе. Траектория перемещения модели находится как решение уравнений движения с учетом реальных скоростей движения по прямой и окружности. При достижении точки назначения погрешность координат составляет не более 5% по каждой из осей. (Кабедев А.В., Корнилов П.В., доц. Курсков С.Ю.)