ЛАБОРАТОРИЯ ОПТИКИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ И
МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ИАнП РАН

 
 

Лаборатории

  

О лаборатории

Заведующий лабораторией 

Щербаков Анатолий Петрович
кандидат физико-математических наук

Область научных интересов:

вычислительная физика, математическое моделирование, физика столкновений, оптика заряженных частиц

т.: (812) 363-0724
т.: (812) 363-0763

e-mail: sherb@ianin.spb.su

Научные направления


  • Разработка методов оптики заряженных частиц.
  • Исследование новых электронно- и ионно-оптических элементов и систем.
  • Разработка методов расчета и оптимизации корпускулярно-оптических схем приборов для энерго-, масс- и углового анализа пучков заряженных систем.
  • Компьютерное моделирование и исследование газонаполненных устройств для анализа, разделения и транспортировки ионов.
  • Разработка методов расчета электрических и магнитных полей.
  • Вейвлетные преобразования и их применения для обработки сигналов и математического моделирования.

Наиболее важные результаты исследований


  • Cформулированы и реализованы новые принципы расчета многокаскадных масс-анализаторов на основе секторных электрических и магнитных полей, позволившие предложить варианты ионно-оптических систем, обладающих максимальным пропусканием при заданной разрешающей способности. Эти результаты реализованы при создании сверхчувствительного хромато-масс-спектрометра для анализа супертоксикантов МСД650.
  • Развита теория допусков для статических секторных масс-анализаторов, позволившая классифицировать основные дефекты изготовления и сборки, указать основные типы паразитных аберраций и методы их коррекции. Разработанные аналитические и численно-аналитические методы вычисления аберрационных коэффициентов реализованы в комплексе программ ISIOS, оснащенном развитым пользовательским интерфейсом и предоставляющем разработчику новых электронно- и ионно-оптических элементов и систем широкие возможности для исследования их характеристик.
  • Разработаны методы и комплекс программ многокритериальной оптимизации ионно-оптических систем статических масс-анализаторов, позволяющие оптимально согласовать разрешающую способность и пропускание, выбрать схему, обеспечивающую максимальные значения указанных параметров при заданных габаритах прибора.
  • Разработаны и реализованы в виде алгоритмов и программ методы расчета трехмерного постоянного магнитного поля с учетом нелинейных свойств ферромагнетиков в интегральной и интегродифференциальной постановке.
  • Предложены теоретические модели и развиты численные процедуры моделирования транспортировки ионных пучков в газодинамических системах с учетом реальных неоднородных электрических и газодинамических полей.
  • Разработаны методы математического моделирования ионных пучков с учетом объемного заряда обоих знаков и нейтрального газового фона.
  • Создана компьютерная модель газонаполненного сепаратора продуктов ядерных реакций, состоящего из произвольного числа элементов: дипольных магнитов, квадрупольных линз, диафрагм и бесполевых промежутков. Движение быстрых заряженных частиц в элементах сепаратора моделируется с учетом всего многообразия процессов: перезарядки, потери энергии и углового рассеяния за счет многократных столкновений.
  • Исследованы вопросы повышения точности решения полевых уравнений электростатики и магнитостатики;
  • Исследованы новые перспективные ионно-оптические устройства для энерго-, масс- и углового анализа, в том числе, полярно-тороидальные электростатические конденсаторы и конические электростатические линзы и зеркала.
  • Разработан широкий спектр средств автоматизированного проектирования, математического моделирования и оптимизации корпускулярно-оптических элементов и систем: комплексы программ расчета статических электрических и магнитных полей на базе методов конечных разностей, конечных элементов, граничных элементов, интегральных уравнений теории потенциала, комплексы программ расчета корпускулярно-оптических характеристик и их оптимизации (DELTA, SHIFT, ISIOS и некоторые другие).
  • Результаты исследований лаборатории легли в основу последних разработок Института, в частности, сверхчувствительного хромато-масс-спектрометра для анализа супертоксикантов МСД650 и статического магнитного масс-анализатора для контроля изотопных отношений гексафторида урана МТИ350Г.
  • Разработана теория и методика синтеза аппаратно-ориентированных вейвлетов (нестационарных вейвлетов и квазивейвлетов) из произвольной экспоненциально убывающей функции в качестве порождающей функции для первичной обработки сигналов аналитических приборов, позволяющих получать оценки параметров сигналов и их линейных преобразований (производных, интегралов) при наличии шумов и дрейфа с одновременной компенсацией влияния аппаратной функции. Применение аппаратно-ориентированных вейвлетов в несколько раз увеличивает разрешающую способность и чувствительность прибора.

ИАП РАН, Рижский пр., 26., Санкт-Петербург, 190103
тел.: (812) 3630719, факс: (812) 3630720, mail: iap@ianin.spb.su