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:
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:

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".