Отчет о научно-исследовательской работе по теме «Новые явления при взаимодействии лазерного излучения, плазмы, корпускулярных и радиационных потоков с конденсированными средами как основа инновационных технологий» Этап 2 (промежуточный)

Ключевые слова: хроматы(v) редкоземельных элементов, кристаллическая и локальная структура, синхронный термический анализ, рентгеновская дифракция, импульсное лазерное осаждение, гибридные структуры, теория функционала плотности, получение водорода, ускоренные электроны, иммерсионная ионная имплантация, магнетронный разряд, азотирование, аномальный тлеющий разряд, полый катод, твердость модифицированного слоя, физика ударно-волнового нагружения, массовая скорость, квадратурно-дифференциальный интерферометр, радиофотоника, микроволновая фотоника, оптический тракт, модулятор Маха-Цандера, динамический диапазон, оптическая линеаризация, двутоновое тестирование, пространственно-временные модуляторы света (ПВМС), инвариантные фильтры, голографические фильтры, компьютерная голография, модель дифракционной структуры, компьютерно-синтезированная голограмма, амплитудная модуляция света, стеклопластики, лазерная обработка, иттербиевый волоконный лазер, лазерная наплавка, прямое лазерное выращивание, композитные материалы, наночастицы тугоплавких материалов, замагниченная лазерная плазма, композитные наночастицы, магнитные наночастицы, плазмонные наночастицы, радионуклиды, металлорганические каркасы, рак молочной железы, морфологический анализ, системы поддержки принятия врачебных решений, цифровые изображения клеток, информативные признаки, биовизуализация, ап-конверсионные наночастицы, фотосенсибилизатор, редкоземельные ионы, резонансный перенос энергии, квантовые точки, гибридные полиэлектролитные микрокапсулы, многофункциональные нанозонды, производные акридина, G-квадруплекс, ансамбли магнитных наночастиц, намагниченность насыщения, магнито-кристаллографическая анизотропия, переменное магнитное поле, низкочастотные петли гистерезиса, железные наночастицы, магнетосомы, вытянутые наночастицы, ориентированный ансамбль, магнитная гипертермия. Цели: изучение влияния условий синтеза на кристаллическую и локальную структуру порошков хроматов(V) редкоземельных элементов состава LnCrO4; исследование влияния типа пленки-сокатализатора на эффективность фото-активированного процесса выделения водорода на свето-поглощающих (фото-активных) пленочных катодах на основе оксидов металлов, в частности триоксида вольфрама и влияния примеси серы на электро- и фотоэлектрокаталитические свойства пленок оксисульфидов молибдена MoOx(S), при формировании гетероперехода с диселенидом вольфрама; изучение влияния потоков заряженных частиц на высокотемпературные сверхпроводящие ленты второго поколения; разработка программ для численного моделирования процесса ускорения электронов в лазерно-плазменных каналах; исследование плазменной иммерсионной ионной имплантации в сильноточных импульсных режимах магнетронного разряда, исследование влияния параметров плазмы на характеристики облучаемых поверхностных слоев; исследование возможности плазменного упрочнения внутренних поверхностей стальных изделий с полостями или отверстиями малых диаметров и большим аспектным отношением (например, трубки); разработка помехоустойчивого метода зонной фурье обработки данных получаемых при прямом оптическом гетеродинированиии; разработка методики анализа данных многоканального нониусного неравноплечного интерферометра при исследовании твердых тел, подверженных интенсивному импульсному нагружению; теоретическое и экспериментальное моделирование методов линеаризации аналоговых радиофотонных систем обработки сигналов; разработка алгоритмов синтеза моделей амплитудных компьютерно-синтезированных голограмм двумерных объектов и их численная и экспериментальная апробация с применением амплитудных голографических носителей; исследование синтеза и реализация инвариантных голографических фильтров в ПВМС для различных постановок задач распознавания; экспериментальная оценка режимов лазерной обработки композиционных полимерных материалов толщиной 6 мм непрерывным излучением волоконного иттербиевого лазера мощностью 300 Вт с матрицей на основе термореактивных и термопластичных связующих; разработка и исследование функциональных композитных материалов с использованием технологии прямого лазерного выращивания; определение ключевых физических факторов, влияющих на величину магнитного поля в оптических генераторах разрядного типа, формулировка экспериментальных предложений для проверки и уточнения физических моделей генерации магнитного поля; разработка технологии создания и изучение свойств композитных наноматериалов, получаемых методами лазерной абляции, обладающих плазмонными свойствами; разработка новых методов воздействия электромагнитного излучения и ультразвука на наночастицы и наноконтейнеры для биомедицинских применений; проведение биологических исследований разработанных моделей нано-РФЛП; создание диагностической системы рака молочной железы, обеспечивающей как минимум десятикратный выигрыш в чувствительности диагноза рака молочной железы по сравнению с лучшими существующими решениями флуоресцентной диагностики; исследование процессов передачи энергии между НЧ, легированными РЗИ, и молекулами ФС; разработка методов создания многофункциональных нано- и микротераностических систем, оптимизация их свойств и проверка их эффективности в экспериментах in vitro; теоретическое изучение магнитных свойств ансамблей наночастиц с кубической анизотропией в жидкости с различной вязкостью; теоретическое изучение магнитных свойств ансамблей вытянутых сфероидальных наночастиц магнетита для возможного использования в магнитной гипертермии, перспективном методе лечения онкологических заболеваний. В работе описаны различные режимы синтеза широкого ряда однофазных порошков хроматов(V) редкоземельных элементов состава LnCrO4 (Ln = La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Yb и Y), установлена взаимосвязь кристаллической и локальной структуры с условиями синтеза. Описаны оригинальные экспериментальные методы для создания новых оксидосодержащих тонкопленочных материалов, в частности различные варианты импульсного лазерного осаждения, в том числе, реакционного, а также термохимический синтез функциональных слоев с заданными структурными и химическими характеристиками. Приведены факторы, которые могли оказать существенное влияние на функциональные свойства сформированных пленок и фотоэлектродов. Представлены данные по влиянию пучков протонов с энергией 6 МэВ на характеристики современных ВТСП-лент, из которых следует, что критический ток сверхпроводника падает только в первом слое ВТСП-лент при энергии протонов 6 МэВ с флюенсом 5х1015 cm-2. В работе описана программа моделирования процесса ускорения электронов в лазерно-плазменных каналах. В программе моделируется вход, распространение и выход различных типов электромагнитных волн и заряженных частиц с любыми значениями заряда и массы, задания внешних электрических и магнитных полей любого вида. Для расчета полей, генерируемых макрочастицами, в модели решается полная система уравнений Максвелла с заданными граничными условиями. Описаны эксперименты по изучению плазмы высокочастотного индукционного разряда при подаче на помещенный в нее образец импульсов напряжения от 1 до 25 кВ длительностью порядка десятков мкс и представлены характеристики полученных поверхностей и пленок. В работе описаны исследования возможности плазменного упрочнения внутренних поверхностей стальных изделий с отверстиями малых диаметров (1 и 2 мм) и большим аспектным отношением (10 и 20) с использованием плазмы аномального тлеющего разряда и исследованы условия зажигания разрядов внутри трубок и параметры аномального тлеющего разряда с полым катодом. В работе предложен аналитический метод определения величины ускорения и устранения его влияния на форму регистрируемого сигнала и ширину спектрального пика, по которому определяют скорость объекта при прямом оптическом гетеродинированиии и описано программное обеспечение, позволяющее обрабатывать получаемые данные, учитывая специфику сигналов, что в свою очередь позволяет повысить точность профилей скорости при оптимальном временном разрешении. Приведен анализ погрешности, возникающей при обработке данных квадратурного неравноплечного интерфрометра для измерения скорости объектов при ударно-волновом нагружении, описано программное обеспечение, для получения профиля скорости в нониусной системе. В работе описан способ построения линеаризованных систем с использованием перекрестного метода анализа оптического и электрического спектров, а также аналитическая модель связи между ними. В работе численно и экспериментально исследованы методы синтеза моделей дифракционных структур амплитудных голограмм, а также разработаны алгоритмы синтеза и численного моделирования формирования модельных изображений с помощью синтезированных голограмм. В работе описан лабораторный макет коррелятора совместного преобразования, для которого был проведен ряд экспонентов по распознаванию полутоновых и бинарных изображений. Описаны изменения свойств композиционных полимерных материалов в результате лазерной обработки и определены закономерности формирования дефектов макро- и микрогеометрии канала лазерного реза от метода и технологических параметров режима обработки. В работе представлены результаты экспериментальных исследований особенностей лазерной наплавки порошков на основе никеля с добавками нанопорошка TaC и описаны основные характеристики получаемых образцов. В работе проведён анализ механизмов, обеспечивающих генерацию интенсивных разрядных токов в лазерно-облучаемой мишени. Определены основные эффекты, ответственные за силу разрядного тока, его временной профиль. Предложены экспериментальные схемы, позволяющие определять перспективные направления оптимизации оптических генераторов магнитного поля. Указана возможность использования коротких пикосекундных импульсов в качестве импульсов накачки и определены необходимые условия для эффективной генерации квазистационарного магнитного поля в этом случае. Описана методология, основанная на лазерной абляции железной мишени в водных коллоидных растворах лазерно-синтезированных наночастиц (НЧ) золота, для синтеза сверхчистых композитных наноструктур типа ядро-сателлиты, состоящих из больших (несколько десятков нм) ядер на основе оксида железа, покрытых мелкими (средний размер 7,5 нм) НЧ золота. В работе описан метод формирования наночастиц пористого кремния посредством электрохимического травления пластин кристаллического кремния в растворах плавиковой кислоты с последующим механическим измельчением в шаровой планетарной мельнице с добавлением поверхностно-стабилизирующего биополимера. В работе исследована фармакокинетика НЧ на основе металлоорганических каркасных конструкций, нагруженных радионуклидом 188Re и проведены эксперименты по связыванию НЧ на основе металлорганических каркасов с радиоактивными изотопами. Приведены данные по разработке высокотехнологичных научно-исследовательских интеллектуальных систем морфологического анализа для диагностики заболеваний молочной железы. В работе описано исследование процессов передачи энергии между наночастицами, легированными редкоземельными ионами, и молекулами фотосенсибилизаторов с целью осуществлять возбуждение фотосенсибилизатора инфракрасным излучением и проводить фотодинамическую терапию глубокозалегающих новообразований. Описан метод создания многофункциональных нано- и микротераностических систем, оптимизация их свойств и проверка их эффективности в экспериментах in vitro. В работе приведено исследование магнитных свойств ансамблей вытянутых сфероидальных наночастиц магнетита важных для возможного использования в магнитной гипертермии, перспективном методе лечения онкологических заболеваний.