В связи с техническими работами в центре обработки данных, часть прикреплённых файлов в настоящее время недоступна.
 
скрыть

Компьютерное моделирование процессов в наноэлектронике, биомедицине, физике плазмы и эконофизике на основе высокопроизводительных вычислительных системНИР

Computer simulation of processes in nanoelectronics, Biomedicine, plasma physics and provided on the basis of high-performance computing systems

Соисполнители НИР

МГУ имени М.В. Ломоносова Координатор

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Компьютерное моделирование процессов в наноэлектронике, биомедицине, физике плазмы и эконофизике на основе высокопроизводительных вычислительных систем
Результаты этапа: 1.Разработаны методы и квантовые модели для молекулярных систем в условиях неравновесной термодинамики и фазового перехода второго рода. Для разработки молекулярных переключателей. Проведены суперкомпьютерные вычисления для многомасштабных моделей. Изучено поведение полупроводниковой структуры имеющей участок отрицательной дифференциальной проводимости на вольт-амперной характеристике. 2. Разработан суперкомпьютерный трехмерный кода метода частиц в ячейке для решения задач об определении поведения ионов пептидов в установках масс-спектрометров ( возбуждение ионов и детектирование масс ионов). Получены данные для восстановления структуры белков. 3. Разработаны новые численные трехмерные параллельные электромагнитные алгоритмы частиц в ячейках для определении влияния сверхмощных и сверхкоротких электромагнитных (лазерных) импульсов на молекулярные системы. Новая трехмерная программа используется для оптимизации процессов удаления раковых опухолей в адронной терапии. 4. Разработан контроллер для управления границей плазмы и полным током в установках токамак. Проведено тестирование метода для работающих установок.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Компьютерное моделирование процессов в наноэлектронике, биомедицине, физике плазмы и эконофизике на основе высокопроизводительных вычислительных систем
Результаты этапа: 1) Продолжено развитие модели молекулярной памяти основанной на фазовом переходе в аморфном углероде. Предложена новая квантовая модель температурного фазового превращения аморфной структуры углерода с низкой проводимостью в кристаллическую графитовую структуру обладающую высокой проводимостью. Проведено подробное рассмотрение в точках вольт-амперной характеристики имеющей отрицательное сопротивление. 2) Проведено математическое моделирование распространения электромагнитных волн в волноводе с диэлектрической диафрагмой с целью определения диэлектрической проницаемости материала диафрагмы. 3) Модифицирован двумерный PIC код REMP: добавлен модуль рассчитывающий радиационное трение. Исследован процесс ускорения частиц в продольном электрическом поле, полученном при прохождении сверхсильного лазерного импульса через плазму. 4) Разработан новый алгоритм системы автоматического управления составом дейтериево-тритиевой плазмы в проектируемом международном токамаке - реакторе ITER. 5) Продолжено исследования бикогерентностей параметров плазмы, измеряемых диагностикой пучком тяжелых ионов в импульсах с омическим и СВЧ-нагревом плазмы на токамаке Т-10. Установлено, что во внешних областях плазменного шнура при r/a > 0.8 существуют статистически значимые величины авто-бикогерентности как для потенциала так и для плотности в полном диапазоне частот, вплоть до частоты Найквиста. 6) Продолжено исследование по развитию интернет технологий доступа к численным кодам, единой программной среды, предназначенной для планирования, сопровождения и анализа экспериментов на установках токамак. С помощью включенных в единую программную среду численных кодов выполнены работы по моделированию сценариев разряда в установке Токамак Т-15. 7) Разработан новый вид контроллера для управления динамической системой, описываемой системой нелинейных дифференциальных уравнений. На начальном этапе управлени используется контроллер типа LQR (Linear–Quadratic Regulator), реализованный на основе метода динамического программирования. 8) Для международной установки токамак JET начато интегрирование методики построения интервалов доверия для задачи реконструкции равновесия плазмы, проведен ряд численных эксперименты для различных разрядов. 9) Создана математическая модель, позволяющая на качественном уровне изучать вопросы развития и динамики внутригородского населения в рамках так называемого пространственно-динамическое приближения. Взаимодействие групп населения внутри единой городской агломерации описано с помощью системы двух нестационарных нелинейных дифференциальных уравнений диффузионного типа.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Компьютерное моделирование процессов в наноэлектронике, биомедицине, физике плазмы и эконофизике на основе высокопроизводительных вычислительных систем
Результаты этапа: 1) Разработка современных эффективных численных методов и компьютерной программы для супервычислительных платформ для решения дифференциального уравнения в частных производных (уравнение Смолуховского) при учете многочастичных столкновений. Разработан параллельный алгоритм решения уравнения переноса коагулирующих частиц. 2) Исследование статистических свойств и бикогерентностей параметров плазмы, измеряемых диагностикой пучком тяжелых ионов в импульсах с омическим и СВЧ-нагревом плазмы на токамаке Т-10, оснащенном металлической ИТЭРо-подобной первой стенкой вакуумной камеры. Установлено, наличие статистически значимых величин авто-бикогерентности для Геодезических Акустических Мод как для потенциала, так и для плотности в полном диапазоне частот, вплоть до частоты Найквиста в широком радиальном диапазоне. В то же время для сигнала тороидального смещения пучка Zd значимых авто-бикогерентностей не выявлено. 3) Предложена и исследована обобщенная модель Блэка-Шоулза с целью достижения лучшего соответствия между результатами математического моделирования и реальными данными на финансовых рынках. Проведена серия вычислительных экспериментов, позволяющая сравнивать результаты аналитических и численных исследований в широком диапазоне входных данных модели. По результатам выполненного компьютерного моделирования можно утверждать, что обобщенное нелинейное уравнение Блэка-Шоулза описывает динамику ценообразования на реальных финансовых рынках с очень хорошим приближением. 4) Выполнены классификация и анализ паттернов параллельного взаимодействия в эволюционных и роевых алгоритмах оптимизации. Разработан программный комплекс для автоматической генерации параллельных программ для данного семейства алгоритмов под заданную пользователем модель выполнения. Предложен метод построения параметризованных прокси-приложений, эмулирующих параллельное выполнение популяционных алгоритмов, для исследования эффективности распараллеливания, а также для оптимальной настройки аппаратных средств. 5) Изучено взаимодействие сверхмощного и сверхкороткого импульса с мультикластерной плазмой в режиме радиационного трения. Получена зависимость увеличения силы продольного электрического поля при взаимодействии сверхмощного лазерного излучения с сильно разреженной плазмой. Провести сравнения результатов расчетов при наличии силы радиационного трения и без нее. 6) Разработан и реализован оригинального алгоритма построения трехмерных тетраэдральных сеток в областях сложной структуры и формы. Для проекта ТИН (термоядерный источник нейтронов) разработана математическая модель охлаждающей первой стенки реактора-токамака. 7) Работа современных установок токамак невозможна без системы эффективного контроля границы плазмы в процессе разряда. Разработан быстродействующий параллельный код восстановления границы RPB, использующий графические процессоры (GPU). Рассмотрены различные варианты распараллеливания алгоритма решения задачи. Показана возможность обработки магнитных измерений в режиме реального времени эксперимента. 8) Проведена оптимизация компонентов программного комплекса HASP CS, предназначенного для автоматического управления высокотемпературной плазмой тороидальной конфигурации. Показана возможность эффективного управления границей, полным током и составом дейтериево-тритиевой плазмы в проектируемом международном токамаке-реакторе ITER. 9) Разработана новая математическая модель индукционного разряда высокочастотного ионного двигателя для проведения анализа условий оптимального вклада энергии от генератора в разряд, горящий при наличии инерции ионной компоненты в пристеночных и приэлектродных слоях плазмы разряда. 10) Проведена компьютерная интеграция разработанной методики построения интервалов доверия для задачи реконструкции равновесия плазмы с базой физических данных IMAS для установок JET и ITER. Проведение численных расчетов по построению интервалов доверия для различных разрядов JET.
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Компьютерное моделирование процессов в наноэлектронике, биомедицине, физике плазмы и эконофизике на основе высокопроизводительных вычислительных систем
Результаты этапа: 1) На основе разработанных эффективных численных методов и программ решения уравнения коагулирующих частиц типа Смолуховского проведено математическое моделирование коагуляции частиц, переносимых двухмерным потоком среды. 2) Проведено изучение численных алгоритмов определения спектра квантовых точек при создании нанотехнологий. Используется квантовый диффузионный метод Монте-Карло и параллельный метод «Parallel Tempering». 3) Проведены работы по моделированию процессов в установках токамак, а имеено были продолжены исследования по развитию моделей плазмы, выполнена работа по планированию эксперимента по управлению сепаратрисой на строящейся в России установке токамак Т-15 МД. 4) Исследован метод определения границы плазмы на основе интегральных уравнений, так как устойчивая работа современных установок токамак невозможна без системы эффективного контроля границы плазмы в процессе разряда. 5) Продолжено исследование авто- и кросс- бикогерентностей параметров плазмы, измеряемых диагностикой пучком тяжелых ионов и ленгмюровскими зондами в импульсах с омическим и мощным СВЧ-нагревом плазмы на токамаке Т-10. Установлено, наличие статистически значимых величин авто-бикогерентности для Геодезических Акустических Мод как для потенциала, так и для плотности в полном диапазоне частот, вплоть до частоты Найквиста в широком радиальном диапазоне. 6) Проведено численное исследование взаимодействия нескольких групп населения внутри урбанистического образования на основании математической модели при учете в модели стохастических факторов. 7) Разработан прототип программной системы для кросс-классификации задач и алгоритмов непрерывной оптимизации. Разработан веб-интерфейс для системы автоматического тестирования популяционных алгоритмов оптимизации для модельных задач структурной биоинформатики. 8) Разработана математическая модель системы автоматического управления плазмой с обратной связью изотопным составом термоядерного топлива в плазме ITER. Проведенные вычислительные эксперименты позволяют сделать вывод о возможности удержания с высокой точностью требуемых параметров плазмы в заданных пределах. 9) Исследована возможность оценки помехоэмиссии стационарных плазменных двигателей (СПД) с использованием стандартных металлических вакуумных камер с учетом возникновения собственных резонансов в них.
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Компьютерное моделирование процессов в наноэлектронике, биомедицине, физике плазмы и эконофизике на основе высокопроизводительных вычислительных систем
Результаты этапа: Проведен анализ вертикальной неустойчивости плазмы в проектируемой установке токамак Т-15М, в том числе и при конечной проводимости стабилизирующих элементов. Исследована управляемость плазменного шнура при помощи системы активных обратных связей. Реализована новая версия кода расчета МГД равновесия плазменного шнура, не требующая настройки по параметрам, работающая примерно на порядок быстрее предшествующей и поддерживаемая как средой Windows., так и UNIX. Реализован алгоритм быстрого восстановления границы плазменного шнура, в перспективе способный работать в режиме реального времени (в процессе хода эксперимента). Внедрена стандартная система хранения и обработки результатов экспериментов на установках токамак, единая для всех установок и соответствующая сегодняшним мировым стандартам. Результаты многолетних экспериментов на токамаке Т-10 представлены в новом формате, что сделало их доступными для научных центров всего мира. Разработан высокоэффективный параллельный метод для нахождения распределения электрического тока в плазме установки токамак на основе графических процессоров. На основе созданного алгоритма проведено моделирование работы диагностической системы установки Т-15М, находящейся в настоящее время на стадии подготовки физического пуска. В открытый вычислительный ресурс для моделирования процессов в плазме nfusion.cs.msu.ru добавлена новая версия кода RPB для магнитной диагностики границы плазмы, предназначенная для работы в режиме реального времени разряда. Рассмотрено влияние стохастических аддитивных возмущений в математической модели конвективной турбулентности Лоренца. Для численной реализации поставленной задачи осуществлено численное моделирование системы Лоренца, аддитивно возмущенной путем добавления в ее правую часть стохастического дифференциала. Математическое моделирование проведено с использованием программных возможностей среды программирования MATLAB. Для численного решения СДУ использованы явные численные схемы. Численное исследование системы Лоренца после внесения в нее случайного возмущения показало, что при математическом описании возможного сценария развития турбулентности в жидкости учет стохастических членов играет существенную роль. На основе разработанных эффективных численных методов и программ решения уравнения коагулирующих частиц типа Смолуховского проведено математическое моделирование коагуляции частиц, в системе с двумя источниками. Показано существование колебательных режимов в рассматриваемых системах Разработан многочастотный алгоритм определения диэлектрической проницаемости однородного слоя в прямоугольном волноводе. Построена корректная задача определения диэлектрической проницаемости слоя по результатам измерения коэффициента прохождения электромагнитной волны в волноводе, получены теоремы о сходимости метода наименьших квадратов для многочастотного эксперимента. Рассмотрено влияние концентрации водорода на безопасность использования метан-водородных смесей. Проведена систематизация известных методов визуализации и моделей данных векторных полей. Проведен численный эксперимент по подбору мишени для получения ускоренных частиц заданной энергии для задач протонной терапии. Изучены некоторые задачи эконофизики, связанные с рассмотрением математических моделей, основанных на обобщении уравнения Блэка-Шоулза. Продолжено исследование математических моделей урбанистики. Разработана и реализована математическая модель для нового метода восстановления поврежденных и потерянных данных при стандартных методах передачи информации. Указанный подход основывается на современных технологиях глубокого обучения, в первую очередь, на генеративно-состязательных нейронных сетях. Разработана программная система автоматического тестирования популяционных алгоритмов оптимизации для решения модельных задач структурной биоинформатики. Разработан прототип рекомендательной системы для подбора и настройки параметров алгоритмов непрерывной оптимизации для решения ими задач многомерной непрерывной оптимизации.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".