Бункин Н.Ф., Шкирин А.В.

Исследование бабстонно-кластерной структуры воды и водных растворов электролитов методами лазерной диагностики

Аннотация:
Представлены экспериментальные результаты, которые служат прямым доказательством существования бабстонно-кластерной структуры в воде и равновесных водных растворах электролитов. Подробно описаны дополняющие друг друга экспериментальные методики, позволившие обнаружить и определить характеристики этой структуры. Приводятся данные экспериментов по гелиевой промывке воды, в результате которой бабстонные кластеры могут быть полностью удалены из жидкости.
(скачать PDF)
Ключевые слова: бабстонно-кластерная структура, оптический пробой, матрица рассеяния, динамическое рассеяние света
Keywords: bubston-cluster structure, optical breakdown, scattering matrix, dynamic light scattering

Бункин А.Ф., Першин С.М.

Аннотация:
С помощью низкочастотной лазерной спектроскопии четырехфотонного рассеяния (ЧФР) обнаружен существенный рост концентрации молекул орто- спин-изомеров H₂O и молекул H₂O₂ в гидратном слое на границе воды с молекулами ДНК, денатурированной ДНК и белка α-химотрипсин. Получены спектры вращательных резонансов орто- и пара-спин-изомеров молекул H₂O в водных растворах различных биополимеров и в дистиллированной воде в диапазоне 0–100 cм^-1 со спектральным разрешением 0.05–0.1 cм^-1. Численный анализ спектров ЧФР показал, что концентрация молекул H₂O₂ в гидратном слое молекулы ДНК выросла в 3 раза после денатурации. Кроме того, были получены спектры ЧФР водных растворов белка α-химотрипсин в спектральном диапазоне ±7 cм^-1 и концентрациях от 0 до 20 мг/cм³. Обнаружено, что скорость гиперзвука водного раствора белка, измеряемая по сдвигу компонент Мандельштама-Бриллюэна в спектре рассеяния, растет и имеет кубическую зависимость от концентрации.
(скачать PDF)
Ключевые слова:когерентная спектроскопия, четырехволновое смешение, биополимеры, спин-изомеры воды.
Keywords: coherent spectroscopy, four wave mixing, biopolymers, spin isomers of water

Бармина Е.В., Кириченко Н.А., Кузьмин П.Г., Шафеев Г.А.

Самоорганизация ансамбля поднимающихся газовых пузырьков

Аннотация:
Изучена самоорганизация пузырьков, образующихся при травлении в водном растворе щелочи алюминиевой мишени, облученной лазерным излучением. Экспериментально и теоретически исследована динамика установления стационарной картины газовых пузырьков. Для поля скоростей потоков жидкостей вокруг газовых пузырьков построена теоретическая модель. При некоторых допущениях давление растворенных газовых пузырьков описывается уравнением состояния неидеального газа. Модель предсказывает выстраивание газовых пузырьков вдоль биссектрис области, облученной лазером, что находится в хорошем соответствии с экспериментальными наблюдениями. Дальнейшее развитие модели приводит к уравнению с отрицательным коэффициентом диффузии, описывающему нарушение симметрии и структурообразование.
(скачать PDF)
Ключевые слова:диссипативные структуры, самоорганизация, газовые пузыри, гидродинамика, жидкость, приближение среднего поля
Keywords: dissipative structures, self-organization, gas bubbles, hydrodynamics, fluid, mean field approximation

Преображенский В.Л., Перно Ф., Пыльнов Ю.В., Крутянский Л.М., Смагин Н.В., Брысев А.П., Ширковский П.Н.

Аннотация:
Предложены и исследованы физические принципы ультразвуковой диагностики неоднородных, нелинейных и движущихся жидких сред с использованием обращения волнового фронта ультразвука. Несколько важных для практики примеров такой ди-агностики экспериментально реализовано на примере жидкостей, содержащих изо-эхогенные включения, потоки, микропузырьки воздуха и твердые рассеиватели. Показана возможность применения полученных результатов для смесей жидкостей, гелей и биологических тканей in vitro.
(скачать PDF)
Ключевые слова:ультразвук, обращение волнового фронта, нелинейность, рассеяние, диагностика жидкостей
Keywords:ultrasound, wave phase conjugation, nonlinearity, scattering, diagnostics of liquids

Виноградов Е.А., Суязов Н.В., Шипилов К.Ф.

Дисперсия и отрицательное преломление акустических волн в гетерогенных средах

Аннотация:
Проанализированы условия реализации и параметры гетерогенных сред, при которых проявляется эффект отрицательного преломления звуковых волн, обусловленный многократным резонансным рассеянием на полых и пористых сферических включениях в воде. Рассчитаны частотные диапазоны резонансных окон прозрачности, в которых величины эффективных сжимаемости и плотности принимают отрицательные значения при относительно малом уровне излучательных потерь. Проведено исследование фононного кристалла, образованного стальными цилиндрами в виде периодической ромбической структуры с большим коэффициентом заполнения. Экспериментально измерена дисперсионная характеристика фононного кристалла и построена структура его верхней зоны Бриллюэна, которая обладает отрицательной дисперсией, тогда как кристалл имеет отрицательное преломление.
(скачать PDF)
Ключевые слова:отрицательное преломление; метаматериал, фотонный кристалл
Keywords:negative index of refraction, metamaterial, phononics crystal

Бункин А.Ф., Клинков В.К., Леднев В.Н., Першин С.М., Юльметов Р.Н.

Дистанционное зондирование полярных акваторий компактным лидаром: достижения и перспективы

Аннотация:
Представлены результаты дистанционного зондирования морских акваторий и плавающего льда в Арктике с помощью компактной лидарной системы. Сочетание малой массы (~20 кг), малых размеров (60x40x20 см) и низкого энергопотребления (300 Вт) позволяет устанавливать данную систему на любую подвижную платформу, включая беспилотные авиа и подводные аппараты. Система позволяет одновременно регистрировать несколько сигналов: упругое рассеяние, флюоресценция хлорофилла и органического вещества, спонтанное комбинационное рассеяние. Данные исследования представляют интерес для мониторинга изменений климата, прокладки трассы для морских судов в условиях сложной ледовой ситуации, экологических приложений и поиска полезных ископаемых в труднодоступных полярных регионах. Проведено зондирование акватории фиордов Западного Шпицбергена с борта судна в августе 2011 г., измерена эволюция спектров лидарного сигнала для разных фиордов. Предложен механизм формирования переохлажденного слоя морской воды на морской поверхности, что может иметь существенное значение для описания теплового баланса океана в полярных широтах.
(скачать PDF)
Ключевые слова:лидар, дистанционное зондирование, беспилотный аппарат, мониторинг изменений климата, мониторинг экологической обстановки, ледники, фьорд
Keywords:lidar, remote sensing, unmanned vehicle, monitoring of global climate changes, monitoring of ecology, glacier, fjord

Кузькин В.М., Куцов М.В., Пересёлков С.А.

Интерференция нормальных волн в мелком море

Аннотация:
Дан обзор путей решения проблемы пространственно-временного распределения частотных смещений интерференционных максимумов звукового поля в океанических волноводах, вызванных изменениями условий распространения. Данное распределение отражает устойчивые структурные особенности в вариациях интерференционной картины и характеризуется глубокой связью с возмущением дисперсионной характеристики водной среды, что позволяет решать как прямые, так и обратные задачи.
(скачать PDF)
Ключевые слова:интерференционный инвариант, частотные смещения максимумов поля и способы их измерений, восстановление океанических неоднородностей
Keywords:interference invariant, frequency shifts of field maximum, measurements of frequency shifts, reconstruction of ocean inhomogeneities