1. Воздействие интенсивного излучения на вещество
Разработаны и реализованы новые методы описания нелинейной динамики свободной и контактной границы раздела сред с различной плотностью, решения системы уравнений механики сплошной среды в модели упругопластических течений с широкодиапазонными уравнениями состояния. Впервые было проведено глубокое исследование нелинейной динамики свободной и контактной границ при воздействии на мишень интенсивными потоками излучения и ее роли в формировании полей напряжения и генерации дефектов в мишени. Найдены механизмы и построена математическая модель образования микрократеров на облучаемой поверхности, проведены исследования кратерообразования в зависимости от условий облучения.
Опубликованы монографии и статьи в российских и зарубежных изданиях.
Практическое применение:
Разработанные пакеты программ и результаты численных исследований могут быть использованы для оптимизации режимов облучения в радиационных технологиях при решении задач модификации конструкционных материалов пучками частиц и лазерного излучения.
2. Поляризационные аспекты взаимодействия излучения с веществом
Создано новое направление в оптике - исследование взаимовлияния поляризации света и его траектории (спин-орбитальное взаимодействие фотона). В рамках развития этого направления предсказан и экспериментально обнаружен оптический эффект Магнуса . Предсказан и экспериментально обнаружен эффект геометрического двулучепреломления. Экспериментальный цикл работ по исследованию эффектов, связанных со спин-орбитальным взаимодействием фотона, удостоен медали Галилео Галилея Международной комиссии по оптике. Созданы теоретические и экспериментальные основы для высокоточного преобразования состояния когерентного света, на базе которых доказана принципиальная возможность независимого одновременного управления состоянием поляризации каждой из монохроматических спектральных компонент излучения. Созданы основы новой технологии изготовления фотонных кристаллах - голографической литографии. Объяснена природа новой беспороговой электрооптической моды в сегнетоэлектрических жидких кристаллах. Указанны способы увеличения частоты инверсии и уменьшения управляющего напряжения ЖК ячейки.
Опубликована 1 монография, статьи в зарубежных и российских изданиях.
Практическое применение:
Полученные результаты могут быть использованы в устройствах отображения (ЖК мониторы), поляриметрии и эллипсометрии, офтольмологии, телекоммуникационных системы, производстве полупроводниковых лазеров, производстве фотонных кристаллов и наноструктурированных материалов.
3. Взаимодействие импульсного электромагнитного и акустического полей в ферромагнетиках при магнитных фазовых переходах и создание физических методов неразрушающего контроля металлоизделий
Разработана теория высокотемпературной электромагнитной генерации и регистрации акустических волн в ферромагнитных металлах;
Разработана теория импульсной лазерной генерации акустических импульсов в ферромагнитных металлах при высоких температурах с учетом температурной зависимости коэффициента термического расширения. Определены общие закономерности процесса генерации звука лазерным лучом движущимся по поверхности упругой среды.
Опубликовано: зарегистрированы открытие и гипотеза, две монографии, статьи в российских и зарубежных изданиях.
Практическое применение:
Разработаны и внедрены контролирующие системы и технологии неразрушающего контроля качества горячекатаных ферромагнитных обсадных и нефтепроводных труб, позволяющих осуществить экономию металла и устранить брак по разностенности труб из высокопрочной стали для газо и нефтепроводов;
4. Термодинамика и кинетика высокотемпературных методов получения металлов и материалов с формированием повышенных эксплуатационных свойств
Решается задача введения новых сырьевых ресурсов, железо- и хроморуд- ных материалов в производство черных и цветных металлов, а так же рециклинга отходов ранее работавших производств, экологической реабилитации последст вий радиоактивных выбросов. С этой целью с использованием методов ЭДС, тер могравиметрии, электронной микрорентгеновской спектроскопии устанавливается последовательность и содержание восстановительных процессов, степень их развития и экономическая эффективность.
Разрабатываются фундаментальные основы рафинирования черных и цветных металлов, создается диаграммная база этих процессов и математические модели для управления процессами рафинирования жидких металлов.
По всем направлениям получены значительные научные и практические ре зультаты. На многие разработки получены патенты.
В результате работ удалось решить проблему хроморудного сырья на заво дах Урала, получены первые обнадеживающие данные по возможности использования Южно-Уральских титаномагнетитов на металлургических заводах Южного Урала, разработаны диаграммы рафинирования стали и медных сплавов, реализованы основные положения по вопросам долговечности сохранения эксплуатации особо значимых объектов из алюминиевых сплавов.
Опубликованы: 6 монографий, статьи в российских и зарубежных изданиях.
Практическое применение:
Создаются установки для получения наноструктурных материалов метода ми реализации интенсивной пластической деформации, контролируемой кристаллизации из аморфного состояния, а также получения оптически активных моно кристаллов корунда, алюминатов бериллия, р-боратов лития, нитрида галлия.
5. Физика неупорядоченных и микронеоднородных систем
Разработаны и программно реализованы методы компьютерного моделирования микроскопической структуры и динамики конденсированных систем с топологическим и химическим беспорядком (жидкости, аморфные тела, неупорядоченные кристаллы и пр.), а также наноразмерных систем (фуллерены, тубулены).
Развиты теоретические основы ряда экспериментальных методов исследования высокотемпературных жидкостей, что позволило повысить точность и надежность известных методик и предложить новые (автоколлимационный метод для определения поверхностных свойств, метод крутильных колебаний для одновременного измерения вязкости, электросопротивления и плотности расплавов, метод определения коэффициентов диффузии и активностей компонентов растворов по наблюдениям за кинетикой их открытого испарения и др.).
Изучены процессы высокотемпературного окисления металлических поверхностей в паро-газовых средах, исследованы физико-химические и служебные свойства возникающих пленок.
Опубликовано: 6 монографий, статьи в российских и зарубежных изданиях.
Развитие направления:
Предполагается дальнейшее развитие тематики в следующих направлениях: а) разработка и отладка созданных компьютерных программ, их регистрация и оформление авторских прав; б) распараллеливание программ для проведения вычислений на мощных вычислительных кластерах; в) разработка программ для проведения моделироваения и прогнозирования свойств наноструктурных и неоднородных материалов на всех размерных шкалах: от атомного уровня до уровня непрерывной среды.
Практическое применение:
Компьютерные технологии : разработка методов компьютерного проектирования новых материалов с заданными свойствами и наноразмерных элементов микроэлектроники.
Научное приборостроение : создание новых приборов и устройств для изучения свойств высокотемпературных и химически агрессивных жидкостей.
Металлургия и машиностроение : новые способы создания защитных покрытий на металлах, улучшение служебных характеристик инструментов, узлов и деталей машин.
6. Теплофизика, математическое моделирование, газовая динамика, газогенераторы, ракетные двигатели
Разработаны теплофизические модели процессов, происходящих в низкотемпературных газогенераторах (НТГГ), позволяющие прогнозировать параметры, решать задачу оптимального выбора при создании новых газоструйных систем с использованием азидосодержащих низкотемпературных составов.
Разработан новый обобщенный асимптотический метод параметрической идентификации рабочих процессов в НТГГ, основанный на использовании функций Хьюбера, Хампеля, Андрюса, Тьюки для описания поведения ошибки моделирования, компенсирующих отклонение реального распределения ошибки моделирования от нормального закона.
Новый метод параметрической идентификации рабочих процессов в НТГГ дает возможность поставить и решить задачу D -оптимального планирования эксперимента при отработке НТГГ.
Разработаны методы оптимизации конструкций газоструйных систем с использованием НТГГ.
Опубликовано: 2 монографии, готовится к публикации третья, статьи в российских и зарубежных изданиях.
Практическое применение:
Научные основы исследования и обработки данных применяются для создания новых газоструйных систем с управляемой генерацией газообразного азота из азидосодержащих составов для объектов ракетно-космической техники.
Разработка систем наддува емкостей азотом и разворачивания спасательных систем с применением низкотемпературных газогенераторов.
Разработка систем обеспечения плавучести водного транспорта при аварийной ситуации или подъем затонувших объектов.
7. Фундаментальные основы формирования и эволюции нелинейных гелевых оксигидратных систем
Исследуются фрактальные свойства гелевых оксигидратных систем, электрофоретические явления в системах гидрогелей оксигидратов тяжёлых металлов, взаимодействие оксигидратных гелей с электрическими и магнитными полями, электромагнитного излучения на оксигидратные гелевые системы, кинетика эволюционных процессов, протекающих в неравновесных оксигидратных гелевых системах, хроматический эффект в гелевых оксигидратных системах, квантово-химическое и молекулярно-динамическое изучение строения и формообразования оксигидратов переходных элементов.
Опубликованы: одна монография, более 130 статей в рецензируемых научных отечественных и зарубежных журналах.
Практическая реализация:
Технологии очистки природных, сточных вод промышленных предприятий..
8. Металлогения древних океанов
Разработана новая геодинамическая концепция, проведён сравнительный анализ металлогении древних и современных океанов, базирующийся на результатах геолого-разведочных работ в основных рудных районах на территории России и Австралии. На основании геолого-минералогических исследования получены данные о закономерностях размещения и условиях образования месторождений меди, цинка, золота, что позволило дать рекомендации по проведению поисковых работ и рациональному использованию минерального сырья. Изучены свойства рудных минералов и предложены новые технологические схемы переработки руд.
Результаты исследований опубликованы в 8 монографиях, докладывались на Медународных геологических конгрессах и Съездах европейского геологического общества. Работы проводятся в сотрудничестве с зарубежными научными центрами (Великобритания, Франция, Германия, Австралия). Кафедра имела гранты Европейского Союза ( INTAS , TACIS , INCO COPERNICUS ), РФФИ. Работы по развитию рудной минерально-сырьевой базы Урала отмечены Премией Правительства РФ в области науки и техники.
Практическое применение:
Проводимые исследования будут способствовать открытию новых месторождений полезных ископаемых в рудных районах Урала и Сибири, подготовке кадров для геологической отрасли и горнорудной промышленности России.
9. Геоархеология
Разработано новое научное направление, основанное на применении геолого-минералогических данных для исследования минерально-сырьевой базы и металлургии древних обществ. Основными результатами являются: определение источников руд для металлургов бронзового и раннего железного веков, технологии производства металлических и ювелирных изделий, выяснение торговых связей между различными культурами в Евразии, познания процессов развития каменной индустрии. Выполнены систематические исследования по минеральному сырью бронзового века для Центра Аркаим и подготовлена соответствующая музейная экспозиция.
Результаты работ опубликованы в монографиях и статьях в отечественных и зарубежных изданиях, докладывались на Медународных совещаниях по археологической и геоархеологической тематике.
Практическое применение:
Исследования востребованы археологами в связи с необходимостью комплексного изучения исторических памятников и сравнительного анализа дописьменной истории древних народов. Применение геолого-минералогических методов позволит определить конкретные источники минерального сырья для определенных металлургических центров.
10. Технология и методы организации систем баз данных для вычислительных кластеров и GRID
Развита теория автоматического распараллеливания запросов к реляционным базам данных, построена модель многопроцессорных систем баз данных с иерархической архитектурой, предложен новый метод балансировки загрузки для кластерных систем и GRID -систем, разработан новый подход к организации передачи сообщений в многопроцессорных иерархиях, базирующийся на гибридном программировании с использованием OpenMP и MPI , предложена технология интеграции параллелизма в последовательные СУБД с открытым кодом.
Результаты исследований опубликованы в ряде зарубежных изданий и неоднократно докладывались на международных конференциях. Направление многократно поддерживалось грантами РФФИ федерального уровня.
Работа проводится в сотрудничестве с ИММ УрО РАН, ИПМ РАН, НИВЦ МГУ, СПбГУ, ННГУ, университетом г. Акрон (США), компанией Intel и другими отечественными и зарубежными университетами и институтами.
Практическое применение:
Хранение и управление научными базами данных с возможностью глубинного анализа данных: при обработке данных, получаемых с ускорителей ядерных частиц, телескопов (виртуальные обсерватории), спутников наблюдения состояния Земли; в глобальных электронных библиотеках и коллекциях; в системе глобального диспансерного учета и др.
11. Симплициальные инварианты многообразий геометрического происхождения
Исследования посвящены применению идей, заимствованных из теории точно решаемых моделей математической физики, к алгебраической топологии, и обобщению этих идей на многомерный квантовый случай. Получены совершенно новые дифференциальные соотношения между геометрическими величинами, относящимися, в частности, к евклидовой или же к аффинной геометрии. По своей структуре эти соотношения имитируют так называемые движения Пахнера, т.е. элементарные перестройки триангуляции многообразия. Поэтому мы их используем для исследования многообразий, в частности, для построения их инвариантов. С другой стороны, наши соотношения имеют квазиклассический вид, т.е. выглядят как предел квантовых конструкций, что позволяет прогнозировать открытие их квантовых аналогов.
Результаты исследований опубликованы в международных научных журналах ( Communications in Mathematical Physics , Journal of Nonlinear Mathematical Physics и других), в журналах Российской Академии наук и Московского государственного университета, переводы которых издаются за рубежом синхронно с русскими изданиями (Теоретическая и математическая физика, Фундаментальная и прикладная математика) и неоднократно докладывались на международных научных конференциях. Кафедра имела гранты Японского общества содействия продвижению науки, Французского правительства, Российского фонда фундаментальных исследований и другие.
Работа проводится в сотрудничестве с зарубежными (Университет Женевы, Токийский институт технологии и др.) и отечественными исследователями.
Практическое применение:
Исследования носят теоретический характер. Тем не менее, следует отметить прямую связь наших математических конструкций с общей теорией относительности. Поэтому мы ожидаем, что наши исследования будут шагом на пути к созданию квантовой теории гравитации.
12. Центральные единицы целочисленных групповых колец конечных групп
Разработана общая теория центральных единиц целочисленных групповых колец конечных групп, которая позволяет получать как общие результаты, так и полные описания групп центральных единиц целочисленных групповых колец отдельных групп, также получены результаты о группах вычетов в кольцах целых абелевых полей.
Указанные результаты по групповым кольцам могут рассматриваться как существенный вклад в мультипликативную теорию групповых колец, которая пока ещё находится в начальной стадии развития. Результаты по теории чисел применимы к таким актуальным задачам как отыскание свойств группы классов идеалов, критерии для числа классов и т.д.
Результату работы неоднократно докладывались на международных конференциях по алгебре и опубликованы в ведущих математических журналах России и за рубежом, принималось участие в выполнении ряда грантов совместно с Институтом Математики имени Соболева С.Л. Сибирского отделения РАН.
Практическое применение:
Результаты работы могут быть применены в различных областях алгебры и теории чисел, в том числе, имеющих конкретные приложении, таких как защита информации.
13. Алгоритмы и методы решения задач линейного программирования большой размерности в условиях неполных, противоречивых и изменяющихся исходных данных
Предложен принципиально новый метод линейной оптимизации, базирующийся на применении фейеровских итерационных процессов. Разработана S -технология решения задач линейного программирования, основанная на фундаментальной теории двойственности. Создана новая методика решения задач линейного программирования при наличии неформализованных ограничений. Разработаны параллельные алгоритмы, реализующие предложенные подходы.
Результаты исследований опубликованы в ряде зарубежных изданий и неоднократно докладывались на международных конференциях. Направление многократно поддерживалось грантами РФФИ федерального уровня и грантами поддержки научных школ.
Работа проводится в сотрудничестве с ИММ РАН, ИПМ РАН, ВЦ РАН, МГУ, университетом г. Лейпциг (ФРГ) и другими отечественными и зарубежными университетами и институтами.
Практическое применение:
Экономико-математическое моделирование, управление и планирование применительно к деятельности больших корпораций, отраслей промышленности и национальной экономики.
14. Композитные наноматериалы
Ведётся работа по разрешению фундаментальной проблемы: "Разработка новых композитных наноматериалов по критерию максимума функциональной эффективности" - жесткости, твердости, износостойкости, влагонепроницаемости, конструкционной и ударопрочности, химической стойкости, каталитической активности и т.д. Функциональная эффективность известных материалов может быть резко повышена без существенного изменения их плотности и стоимости за счет модификации наночастицами и кластерными комплексами на различных стадиях типовых технологических процессов: при введении в полимеры, металлы и керамики перед смешиванием, кристаллизацией расплава и спеканием. При модификации полимеров рассматривается возможность получения и применения наночастиц чистых металлов, их оксидов, карбидов и нитридов, молекулярных кластеров термо- и реактопластов для введения в полимеры для создания центров полимеризации и управления жесткостью и прочностью пространственной сетки. При модификации керамик применение наночастиц позволяет сохранить высокую твердость, обеспечить беспористость, пластичность и высокую прочность при снижении температуры и времени спекания. Получены новые экспериментальные и теоретические результаты, доложенные на трех международных конференциях в 2004 и 2005 годах (Рига, Будапешт, Кисловодск). Практическое применение: Результаты исследований реализуются в рамках хозяйственных договоров на разработку нового поколения металлических и керамических наноматериалов для средств индивидуального бронирования, а также смазочных материалов и технологий их приготовления с использованием наноэмульсий и углеродных нанотрубок.
15. Электромагнитная совместимость электроустановок сверхвысокого напряжения и организма человека
Проведены исследования изменения функционального состояния человеческого организма, находящегося в электромагнитном поле создаваемом электроустановками сверхвысокого напряжения. Предложен метод неинвазивного контроля его функционального состояния путём измерения уровня электрических потенциалов в биологически активных точках организма. Исследованы параметры электромагнитного излучения коронного разряда, определено влияние этого вида излучения на состояние человеческого организма, с учетом спектрального состава излучения и его интенсивности. Впервые использована теория нечетких множеств для оценки риска нарушения здоровья человека от действия электромагнитных полей.
Получены три патента на изобретения. Опубликованы статьи в российских и зарубежных изданиях. Результаты работы докладывались на международных конференциях по электромагнитной совместимости.
Практическое применение:
Разработаны и реализованы методики экспериментального исследования электрических, магнитных полей промышленной частоты, создаваемых электроустановками сверхвысокого напряжения; разработаны и внедрены устройства контроля уровня воздействия электрических полей промышленной частоты на организм человека
16. Социо-культурная динамика обществ дописьменной эпохи (по материалам археологических памятников)
Собран исходный материал, выявлены признаки социальной сложности (комплексности) материализованные в вещественных остатках археологических объектов. Установлен нециклический характер развития догосударственных социальных институтов. Определены основные группы факторов изменений для традиционных обществ: экологические, технологические, миграционные и др. Работа ведется в рамках мультилинейной парадигмы социальной эволюции.
Результаты исследований опубликованы в ряде зарубежных изданий, включая монографические, докладывались на международных конференциях. Получены гранты INTAS и РГНФ.
Осуществляется сотрудничество с рядом российских и зарубежных научных центров: Институт истории и археологии УрО РАН, Институт экологии растений и животных УрО РАН, Институт проблем освоения Севера СО РАН; Кембриджский и Шеффилдский университеты (Великобритания), Питтсбургский университет (США) и др.
Практическое применение:
Подготовка учебных пособий, музейных экспозиций.
17. История российской интеллигенции, культурная история России, история гражданской войны
Сформулированы и на конкретно историческом материале показаны различные модели поведения провинциальной интеллигенции в условиях реформ. Выявлена специфика формирования и поведения офицерского корпуса армии А.Ф.Колчака в годы гражданской войны, раскрыты некоторые особенности действия механизмов культурной памяти российской нации в ХХ в.
Готовятся к публикации монографии Черепановой Р.С. и Сибирякова И.В. посвященные различным аспектам проблемы взаимоотношения отечественной интеллигенции и власти.
Практическое применение:
Подготовка учебных пособий, музейных экспозиций.
18. Культурная история, методология истории, история России в межвоеннный период, история и память
На основе богатого конкретно-исторического материала, как общероссийского, так и локального уровня, с использованием новейших подходов международной и отечественной историографии проанализированы основные тенденции российской и советской истории в межвоеннный период, показана сложность и неоднозначность развития российского общества в первой половине ХХ века, а также особенности отражения и использования наследия в коллективной памяти, массовом сознании и общественно-политических структурах современной России.
Результаты исследований опубликованы в ряде отечественных и зарубежных изданий и неоднократно докладывались на всероссийских и международных конференциях, а также на семинарах и коллоквиумах в университетах Германии, Швейцарии, Польши и Великобритании. Участники научной группы работали по грантам Фонда Герды Хенкель ( Gerda Henkel Stiftung ), Немецкого научно-исследовательского Сообщества (DFG), Российского научного гуманитарного фонда (РГНФ), Центра по разработке новых учебных курсов ( Curriculum Development Center ) Центрально-Европейского университета (Будапешт).
Осуществлен издательский проект (М.: АИРО ХХ, 2005). В сентябре
На постоянном уровне осуществляется работа международного научного интернет-семинара по российской и восточно-европейской истории. Работа проводится в сотрудничестве с зарубежными партнерами - Базельским университетом (Швейцария), Тюбингенским университетом и Берлинским университетом Александра фон Гумбольдта (Германия)
Практическое применение:
Подготовка коллективных и авторских научных монографий, проведение конференций и мастер-классов, разработка новых и обновление уже существующих базовых и специальных учебных курсов.
19. Изучение влияния наносекундных электромагнитных импульсов (НЭМИ) на физические и химические свойства веществ
При облучении водных растворов обнаружено осаждение тяжелых металлов ( Fe , Cu , Zn , Cr и др.). Разработана теоретическая модель влияния НЭМИ на водные растворы. Облучение алюминиево-кремниевых сплавов дало значительное изменение физических свойств: жидкотекучесть некоторых расплавов повысилась на 50-70%; увеличилась прочность на разрыв на 10-15%; уменьшился размер зерна в 2-3 раза; увеличилась равномерность распределения кремния. При облучении жидких и газообразных углеводородов наблюдается изменение структуры и химического состава некоторых соединений, уменьшается содержание серы в нефти и нефтепродуктах, увеличивается количество легких фракций при перегонке нефти. Разработан метод создания антикоррозионных покрытий на стальных изделиях.
Опубликовано: п ять монографий, статьи в российских и зарубежных изданиях, п олучено 14 патентов, зарегистрировано научное открытие .
Практическое применение:
Теоретические и экспериментальные результаты по воздействию НЭМИ на водные растворы могут быть использованы для разработки и производства установок очистки питьевой воды и сточных вод предприятий.
Результаты работы по воздействию на расплавы металлов могут быть использованы для разработки и изготовления установок для получения металлов с уникальными характеристиками. Результаты по воздействию НЭМИ на углеводороды могут быть использованы для разработки и изготовления установок для очистки нефтепродуктов от серы и высокоэффективных установок для перегонки нефти.
