Все науки. №7, 2022. Международный научный журнал

ФИЗИЧЕСКИЕ НАУКИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НОВЫХ МЕТОДОВ НАНОСТРУТУР ПОЗВОЛЯЮЩИЕ УВЕЛИЧИВАТЬ МОНОХРОМОТИЧНОСТЬ ПУЧКА ПРИ УСКОРЕНИИ

УДК 621

Ринад Фуадович Руми

Старший научный сотрудник, заведующий лабораторией ускорительной техники при Научно-исследовательском институте «Физики полупроводников и микроэлектроники» при Национальном Университете Узбекистана

Лаборатория ускорительной техники при Научно-исследовательском институте «Физики полупроводников и микроэлектроники» при Национальном Университете Узбекистана, Ташкент, Узбекистан

Аннотация. Развитие ускорительной техники наблюдалось активно после многочисленных работ Эрнеста Резерфорда, от открытия планетарной модели и осуществления первой ядерной реакции до сегодняшний дней. И стоит отметить, что для каждого времени существовали довольно интересные требования к пучкам заряженных частиц, среди коих самым популярным требованием почти во все времена являлась энергия пучка, затем можно отметить его ток, но одним из важных среди них является монохромотичность пучка заряженных частиц.

Ключевые слова: монохроматичность, моноэнергетичность, пучок заряженных частиц, ускоритель, наноструктуры.

Abstact. The development of accelerator technology has been actively observed after numerous works by Ernest Rutherford, from the discovery of the planetary model and the implementation of the first nuclear reaction to the present day. And it is worth noting that for each time there were quite interesting requirements for charged particle beams, among which the most popular requirement at almost all times was the beam energy, then its current can be noted, but one of the most important among them is the monochromaticity of the charged particle beam.

Keywords: monochromaticity, monoenergetics, charged particle beam, accelerator, nanostructures.

Введение

Изначально, необходимо дать общее понятие самому параметру монохромотичности, часто ассоциирующегося с моноэнергетичностью. Всё дело состоит в том, что пучок после своего образования путём термоэлектронной, авто- или иной эмиссии и имеет неоднородность по энергиям, из-за чего частицы в различных его областях имеют разные, хоть и мало различимые энергии. При ускорении же их данный разброс, либо градиент увеличивается, хоть и становится более плавным. Для примера, на ускорителях 80-х годов, примером коего является ускоритель СОКОЛ-2, достигается моноэнергетичность до 5 кэВ при 2 МэВ общей энергии пучка, когда же на современных ускорителях, при энергии в 20 МэВ достигается точность до 1 кэВ в максимальной точности.

Проблематика

Если же возникает вопрос о фигурировании данной величины, то именно благодаря ней можно говорить об эффективности всей проводимой реакции, ведь насколько энергии в пучке однородны и имеют близкую друг к другу величину, настолько большее количество из них будут близко к желанной для данного канала реакции энергии – к необходимому резонансу, что сделает реакцию более эффективной.

Сегодня известны, экзо-энергетические ядерные реакции, выходные частицы в которых имеют большую энергию, чем при входе, но при этом такая реакция проходит лишь для части частиц из-за той самой малости общей моноэнергетичности пучка.

Решение проблемы

Для достижения результатов, то есть для повышения эффективности проводимой ядерной реакции необходимо увеличить моноэнергетичность, а для этого необходимо разработать способ по уравниванию энергии на разных частях пучка. Как известно, в магнитном поле под действием силы Лоренца (1—2) частицы отклоняются, при этом пучок при максимуме энергии в его центре и уменьшении ближе к краям расслаивается, перехода в своего рода градиент по энергиям.

Далее более вероятным является деление пучка на составные части, где потери составят гораздо меньше, чем было бы при «селекции пучка» с потерями на более чем 90%, а именно для делений потери будут всего 12%. Нанотрубки, сами по себе это образования напоминающие углеродные трубки, пропускающие заряд, но при этом отделённые между друг другом диэлектрическим слоем молекул.

Для образования заряда в такой системе к каждой трубке проводится вертикальная и горизонтальная линия передач, при замыкании которой именно данная ячейка заряжается. При расположении второй такой же системы напротив между ними возникает разность потенциалов, благодаря чему можно придать энергии в градиентном спектре, обратный входящему градиенту пучка, при этом потеряв всего 12% от общего количества зарядов, а соответственно и тока.

При этом важно отметить, что хоть и варьировать разности потенциалов в рамках для современного ускорителя в 1 кэВ не так уж и сложно, но и точность не бесконечна. При сохранении такого же соотношения напряжений для 20 МэВ, может быть достигнута точность до 0,04—0,05 эВ, что является шокирующим результатом.

Но данная технология на данный момент разрабатывается в теоретическом вопросе и не лишена минусов, для примера, такая система подходит для довольно малых пучков с токами в 1 нА и лишь в очень редких случаях до 1 мкА, но возможно нахождения решения с созданием множеств таких малых пучков, делимых в дальнейшем, но данный этап является началом нового исследования, ещё больше повышающего эффективность ускорительной техники и возможно, при реализации данной технологии на ускорителе заряженных частиц проекта «Электрон» станет возможно назвать данный ускоритель имеющий самую высокую моноэнергетичность пучка, а соответственно и самую высокую эффективность всех проводимых ядерных реакций на нём.

Использованная литература

1. Каримов Б. Х. Elektronika asoslari. Учебное пособие. – [б.м.]: Научная школа «Электрон», Издательские решения. Ридеро, 2022. – 176 с.

2.  Алиев И. Х., Каримов Б. Х. Курс физики ускорителей заряженных частиц. Учебное пособие. – [б.м.]: Научная школа «Электрон», Издательские решения. Ридеро, 2022. – 203 с.

3.  Алиев И. Х., Каримов Б. Х., Каримов Ш. Б., Юлдошалиев Д. К. Промышленные и альтернативные аэраторы на основе зелёной энергетики для рыбных водоёмов. Монография. – [б.м.]: Научная школа «Электрон», Издательские решения. Ридеро, 2022. – 221 с.

4.  Алиев И. Х., Бурнашев М. А. Ингенциальная математика. Монография. – [б.м.]: Научная школа «Электрон», Издательские решения. Ридеро, 2022. – 149 с.

5.  Алиев И. Х., Каримов Б. Х., Каримов Ш. Б., Юлдошалиев Д. К. Развитие технологии аэраторов на основе альтернативных источников энергии. Проект «Электрон». Монография. – [б.м.]: Научная школа «Электрон», Издательские решения. Ридеро, 2022. – 141 с.

6.  Алиев И. Х. Программное моделирование явлений ядерных реакций на основе технологии создания множества данных с использованием системы алгоритмов на языке С++. Проект «Ядро-ЭВМ». Монография. – [б.м.]: Научная школа «Электрон», Издательские решения. Ридеро, 2022. – 156 с.

7.  Каримов Б. Х., Мирзамахмудов Т. М. Электроника асослари. Учебное пособие. – [б.м.]: Научная школа «Электрон», Издательские решения. Ридеро, 2022. – 184 с.

8.  Алиев И. Х. Новые параметры по ядерным реакциям для осуществления на ускорителе заряженных частиц типа ЛЦУ-ЭПД-300. Проект «Электрон». Монография. – [б.м.]: Научная школа «Электрон», Издательские решения. Ридеро, 2022. – 498 с.

9.  Алиев И. Х. Программное моделирование явлений ядерных реакций на основе технологий созданий множества данных с использованием системы алгоритмов на языке С++. Проект «Ядро-ЭВМ». Монография. – [б.м.]: Научная школа «Электрон», Издательские решения. Ридеро, 2022. – 498 с.

10.  Алиев И. Х., Шарофутдинов Ф. М. Использование ускорителей и явлений столкновения элементарных частиц с энергией высокого порядка для генерации электрической энергии. Проект «Электрон». Монография. – [б.м.]: Научная школа «Электрон», Издательские решения. Ридеро, 2021. – 594 с.

11.  Отажонов С. М., Алимов Н. Э. Фотоэлектрические явления в широкозонных полупроводниковых гетероструктурах с глубокими примесными уровнями. Монография. – [б.м.]: Научная школа «Электрон», Издательские решения. Ридеро, 2022. – 112 с.

12.  Отажонов С. М. «Mavzu ishlanmasi» tayyorlashning innovatsion xarakterga ega bo'lgan metodi. Монография. – [б.м.]: Научная школа «Электрон», Издательские решения. Ридеро, 2022. – 158 с.

13.  Каримов Ш. Б., Каримов Б. Х., Алиев И. Х. Пространственно осцилирующий фотовольтаический ток в оптически активном сегнетоэлектрике SbSl. Все науки. – №6. Научная школа «Электрон», Издательские решения. Ридеро, 2022. – С. 33-50.

14.  Жалолов Б. Р., Каримов Б. Х., Алиев И. Х. Роль резонансных ядерных реакций в современной энергетике. The role of resonant nuclear reactions in modern energy. Все науки. – №6. Научная школа «Электрон», Издательские решения. Ридеро, 2022. – С. 50-113 c.

15.  Алиев И. Х. Перспективы использования нейтронной энергии. Все науки. – №6. Научная школа «Электрон», Издательские решения. Ридеро, 2022. – С. 122-133.

16.  Жалолов Б. Р. Исследование физики Солнца при изучении отрасли солнечной энергетики. Все науки. – №5. Научная школа «Электрон», Издательские решения. Ридеро, 2022. – С. 11-29.

17.  Алиев И. Х. Об одной эвристической идее о возникновении новой энергетической технологии получения энергии из резонансных ядерных реакций. Все науки. – №1. Научная школа «Электрон», Издательские решения. Ридеро, 2022. – С. 13-18.

18.  Каримов Б. Х. Общее представление ускорителя ЛЦУ-ЭПД-20. Все науки. – №1. Научная школа «Электрон», Издательские решения. Ридеро, 2022. – С. 18-23.

19.  Жалолов Б. Р. Реализация и научные публикации по проекту «Электрон». Все науки. – №1. Научная школа «Электрон», Издательские решения. Ридеро, 2022. – С. 23-28.

20. Шарофутдинов Ф. М. Констатирование фактов о этапах развития проекта «Электрон» и самые светлые надежды на будущее. Все науки. – №1. Научная школа «Электрон», Издательские решения. Ридеро, 2022. – С. 28—33.

21.  Алиев И. Х. Алюминиевая резонансная реакция. Все науки. – №3. Научная школа «Электрон», Издательские решения. Ридеро, 2022. – С. 24-44.

22.  Шарофутдинов Ф. М. О вводе новой энергетической ядерной единицы с точки зрения экономики и дипломатии. Все науки. – №6. Научная школа «Электрон», Издательские решения. Ридеро, 2022. – С. 347-361.

23.  Алиев И. Х., Умарова Г. М. Использование инновационных технологий в обучении. Гуманитарный трактат – №78. Издательский дом «Плутон». 2020 – С. 17-18.

24.  Алиев И. Х., Каримова М. И. Роль философского смысла произведения при обучении в школах. Гуманитарный трактат – №79. Издательский дом «Плутон». 2020 – С. 36-38.

25.  Алиев И. Х., Нишонова Д. О. Башня Николы Тесла. Гуманитарный трактат. – №92. Издательский дом «Плутон». 2020. – С. 9-13.

26.  Алиев И. Х., Каримова М. И., Харипова С. Б. Новый метод шага. Гуманитарный трактат. – №92. Издательский дом «Плутон». 2020. – С. 14-17.

27.  Алиев И. Х., Каримов Б. Х. Об одной эвристической идее относительно алгоритмизации функционирования человеческого мозга на основе теорий электромагнитных полей биотоков и их активного взаимодействия с другими объектами и измерениями. Oliy va o’rta maxsus ta’lim vazirligi huzuridagi “Oliy ta’limni rivojlantirish tadqiqotlari va ilg’or texnologiyalarini tatbiq etish markazi” “Ilm, ma’rifat va raqamli iqtisodiyotni rivojlantirish istiqbollari” Onlayn Respublika ilmiy-amaliy anjuman maruzalar to’plami. Ташкент. 2020. – С. 164-178.

28.  Алиев И. Х. Энергия столкновения встречных пучков. Молодой учёный. Международный научный журнал. – №16 (306). Издательство «Молодой учёный». 2020. – С. 7-10.

29.  Алиев И. Х., Каримов Б. Х., Каримов Ш. Б., Юлдошалиев Д. К., Алиев М. И. Альтернативный ветровой аэратор для рыбных водоёмов. Молодой учёный. Международный научный журнал. – №49 (287). Издательство «Молодой учёный». 2019. – С. 173-175.

30.  Алиев И. Х., Тоштемиров М. Х., Каримов Б. Х. Устройство по использованию солнечной энергии для повышения температуры с механизмом гидродинамики в общей конструкции, представляющей собой солнечный коллектор. Молодой учёный. Международный научный журнал. – №18 (360). Издательство «Молодой учёный». 2021. – С. 117-120.

31.  Алиев И. Х., Каримов Б. Х. Линейный ускоритель электронов в энергетике. Точная наука. – №85. Издательский дом «Плутон». 2020. – С. 23-29.

32.  Алиев И. Х. Поведение электрона в атоме. Точная наука. – №63. Издательский дом «Плутон». 2019. – С. 37-39.

33.  Алиев И. Х. Электрон и его особенности. Точная наука. – №71. Издательский дом «Плутон». 2020. – С. 2-5.

34.  Алиев И. Х. Запутанные микро-друзья. “Uyda qoling!” shiori ostida “Oliy ta’lim islohorlari: yuruqlar, muammolar, yechimlar” mavzusidagi respublika miqyusida onlayn ilmiy maqolalar hamda innovatsion ixtirolar tanlovining ilmiy maqolalar to’plami. Ташкент. 2020. – С. 164-178.

35. Алиев И. Х., Каримов Б. Х., Мирзажонов З., Каримов Н. И. Автономный аэратор для рыбных водоёмов. Министерство высшего и среднего специального образования Республики Узбекистан. Академия наук Республики Узбекистан. Министерство инновационного развития Республики Узбекистан. Ферганский политехнический институт. Материалы V международной и конференции по оптическим и фотоэлектрическим явлениям в полупроводниковых микро- и наноструктурах. Часть II. Фергана. 2020. – С. 147—149.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ

ПРЯМОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ИМПЛИКАЦИИ И ЭКВИВАЛЕНЦИИ

УДК 519.9

Нематов Ислом

Кандидат физико-математических наук, доцент кафедры «Математики» факультета математики-информатики Ферганского государственного университета
Алиев Ибратжон Хатамович
Студент 2 курса факультета математики-информатики Ферганского государственного университета

Ферганский государственный университет, Узбекистан

Аннотация. Дискретная математика всё больше получающая популярность также смогла найти и собственное применение благодаря введению новых информационных наук с использованием двоичной системы счисления, как в лице классической, так и квантовой информатики. В данной работе рассмотрен вопрос относительно нахождения не только известного ещё с 60-х годов XX века косвенного, но и непосредственного прямого применения операций импликации и эквиваленции, поиск коих продолжался до настоящего времени.

Ключевые слова: дискретная математика, импликация, эквиваленция, прямое применение, практическое применение, техническое осмысление, электрическая схема.

Annotation. Discrete mathematics, which is increasingly gaining popularity, has also been able to find its own application thanks to the introduction of new information sciences using the binary number system, both in the face of classical and quantum computer science. In this paper, the question of finding not only the indirect, but also the direct direct application of implication and equivalence operations known since the 60s of the XX century, the search for which has continued to the present time, is considered.

Keywords: discrete mathematics, implication, equivalence, direct application, practical application, technical understanding, electrical circuit.

На настоящий момент в дискретной математике и логике активно используются самые различные операций, позволяющие описывать проведение действий над суждениями. Так основными операциями являются конъюнкция, дизъюнкция и отрицание, так известные как логическое умножение, логическое сложение и логическое отрицание, соответственно. Они позволяли оперировать над различными суждениями, принимающими результат либо «истинно» – 1, либо «ложно» – 0.

Каждый из операций при этом обладал своей таблицей истинности. Для конъюнкции это (Табл. 1), для дизъюнкции – (Табл. 2) и логического отрицания – (Табл. 3).

При этом для конъюнкции (логического «И») имеет место в практическом описании схема последовательного соединения (Рис. 1), описываемое в следующих случаях:

1.     При отсутствии тока через «А» и через «В», в результате нет тока;

2.     При наличии тока в «А», но в отсутствии через «В», в результате нет тока;

3.     При отсутствии тока в «А», но в наличии в «В», в результате нет тока;

4. При наличии тока в «А» и в наличии в «В», в результате ток есть.

Рис. 1. Последовательное соединение

Для дизъюнкции (логического «ИЛИ») аналогичное представление можно увидеть в лице параллельного соединения (Рис. 2), описываемое уже в следующих случаях:

1.     При отсутствии тока через «А» и через «В», в результате тока нет;

2.     При наличии тока в «А», но в отсутствии через «В», в результате ток есть;

3.     При отсутствии тока в «А», но в наличии в «В», в результате ток есть;

4. При наличии тока в «А» и в наличии в «В», в результате ток есть.

Рис. 2. Параллельное соединение

Для логического отрицания (логического «НЕ») же всё ещё более проще, ибо его можно представить как обычную обратную кнопку (Рис. 3), описывая действия следующим образом:

1. При наличии тока в «А», в результате тока нет;

2. При отсутствии тока в «А», в результате ток есть.

Рис. 3. «Кнопка» – логическое отрицание в цепи

Но вместе с этими операциями, присутствовали также операции импликации и эквиваленции, где импликация – логическое следствие или утверждение «Отсюда следует», а эквиваленция – логическая равносильность и или утверждение «Тогда и только тогда» обладало следующей таблицей истинности (Табл. 4), а эквиваленция – (Табл. 5).

При этом обе операции ещё не были применены на практике в прямом виде, так как это выглядело для конъюнкции и дизъюнкции. На сегодняшний день применяется преобразование для импликации (1) и для эквиваленции (2).

То есть импликацию можно представить как отрицание первого и дизъюнкцию со вторым утверждением, а эквиваленцию как конъюнкцию отрицаний обоих суждений на дизъюнкцию конъюнкции обоих суждений. Если же проверить на таблице истинности (1) и (2), то результат будет действительным (Табл. 6-7).

И представленные методы считались единственно возможными по сей день, пока наконец не был создан электрический элемент, своего рода соединение, при котором выполнялась бы в прямом случае импликация и эквиваленция.

Первое устройство – импликатор, состоит из вакуумной колбы 7 с катодом 3 и анодом 1, между коими помещена анодная сетка 2. Расстояние между катодом и анодом l выверено с той точностью, что оно меньше, либо равно свободному пробегу электронов, вылетевших из катода до анода. Также имеется изолированный электрод 6, подведённый с внешней стороны (за колбой) к штырю катода 3, но не соединённый с ним (Рис. 4).

Рис. 4. Схема импликатора

Таким образом, пусть анодная сетка 2 будет выступать в роли второго утверждения, катод 3 в роли первого, а анод 1 в роли результата. Вместе с этим вводится условие, что перед поступлением тока 4 к катоду 3 поставлен делитель 5, который реагирует на величину поступившего тока, если ток больше или равен определённого значения, принятого за истинность первого суждения, то оно подключается к катоду 3, в обратном случае к электроду 6 выходящий из анода. При этом исключением является случай, когда на анодной сетке 2 есть ток, при этом полагается, что на катод и к цепи катода ток не идёт вовсе.

Итак, в данной схеме можно рассмотреть четыре ситуации:

1.     Если на катоде тока нет, и на анодной сетке тока нет, то ток течёт по электроду к аноду, в результате ток есть;

2.     Если на катоде ток есть, но на анодной сетке тока нет, то электроны долетают до анода, в результате ток есть;

3.     Если на катоде тока нет, но на анодной сетке тока нет, электронов в колбе также нет, из-за чего в результате тока нет;

4.     Если на катоде ток есть и на анодной сетке ток есть, то электроны получают дополнительное ускорение, откуда выходит, что в результате ток также есть.

Данное устройство, как видно, хоть и с парой условностей, которых можно вполне заменить сводящими элементами, своего рода датчиками или переключателями, полностью выполняет функцию импликации. Но здесь интересно также упомянуть, что не использовалась ни конъюнкция, ни дизъюнкция, ни даже отрицание, если конечно не считать «переключатель» крайне отдалённым родственником отрицания, что было бы неуместно. Более того данная система выступает как единый элемент, полностью выполняющий поставленную задачу.

Говоря же о таком виде соединения, то его следует называть «близким смешанным» соединением, либо «Промихтовое» соединение, от латинского prore – «близко» и mixta – «смешанный», поскольку тут участвует одновременно и параллельное, и последовательное соединение, но уже более образно, из-за чего данное соединение выступает новым – третьим видом.

Ситуация же с эквиваленцией выступает аналогично, но отличие в том, что расстояние между катодом 3 и анодом 1 – L (для эквивалентора) должна быть строго больше длины пробега электронов, чтобы они не смогли долететь до него, без помощи анодной сетки, что, впрочем, и объясняет, почему импликатор соединённый «близко-смешанным» соединением. При применении же эквивалентора (Рис. 5) – устройства, выполняющий функцию эквиваленции, имеет место также 4 случая:

1.     Если на катоде тока нет, и на анодной сетке тока нет, то ток течёт по электроду к аноду, в результате ток есть;

2.     Если на катоде ток есть, но на анодной сетке тока нет, то электроны не долетают до анода, в результате тока нет;

3.     Если на катоде тока нет, но на анодной сетке тока нет, электронов в колбе также нет, из-за чего в результате тока нет;

4. Если на катоде ток есть и на анодной сетке ток есть, то электроны получают дополнительное ускорение, откуда выходит, что в результате ток есть.

Рис. 5. Схема эквивалентора

Эквивалентор аналогично по типу соединения в таком случае соединён «дальне-смешанным» или «Лонмихтовым» соединением, от латинского longe – «далеко» и mixta – «смешанный».

Таким образом, можно продемонстрировать два элемента – импликатор и эквивалентор полностью выполняющие функции импликации и эквиваленции в современной электронике находя совершенное применение, позволяя в разы сокращать пространства, ибо данные схемы могут быть выполнены в сколь угодно малом размере, наряду с заменой «диодно-ламповой» части с наличием вакуума современными триодами с обычным дополнительным переключаемым соединением для импликатора и более модернизированные триодами с теми же переключателями и соединением для эквивалентора.

Представляя данную схему, можно надеяться, что оно принесёт свою пользу, внося свой вклад в развитие современной науки и техники, совершенствуя и привнося новое в науку, а также открывая перед всей человеческой цивилизацией новые ещё более грандиозные горизонты!