ИСТИНА

В современной науке особый интерес как с теоретической, так и с практической точек зрения представляет изучение поведения вещества в экстремальных условиях при сверхвысоких плотностях энергии. Например, практическая реализация сравнительно недорогого лазерного ускорителя тяжелых ионов открывает широкие перспективы в различных областях, в частности, в адронной терапии лечения онкологических заболеваний, в реализации быстрого поджига термоядерных мишеней, утилизации ядерных отходов, формирования инжекторов для обычных ускорителей, и, наконец, создания коллайдера на тяжелых ионах. Исследование поведения плазмы при воздействии на нее петаваттных фемтосекундных лазерных импульсов "невозможно" без предварительного вычислительного моделирования с использованием трехмерных релятивистских параллельных компьютерных кодов, расчеты по которым возможны в настоящее время только на петафлопных суперкомпьютерах. Использование суперкомпьютеров такого класса позволяет создать искусственную физическую среду, изучить ее поведение в режиме реального времени и, тем самым, увеличить предсказательную силу математического моделирования.

С помощью созданного программного комплекса для численного решения системы трехмерных уравнений Максвелла FDTD методом на суперкомпьютерной вычислительной системе IBM Blue Gene/P проведено моделирование фокусирования плоской волны градиентной линзой. Проведено численное моделирование процесса перезамыкания магнитных силовых линий в трехмерных магнитных конфигурациях с особой точкой высокого порядка. Разработана концепция применения иерархии моделей и методов многокритериальной оптимизации в задачах поиска параметров, характеризующих взаимодействие лазерных импульсов с веществом. Для модернизируемой в настоящее время установки токамак Т-15М на основе разработанного численного кода RPB для контроля границы плазмы и сепаратрисы проведено моделирование эффективности работы дивертора, определена необходимая точность измерений магнитных полей, достаточная для контроля попадания потоков частиц из плазмы на дивертор. Проведено квантовое моделирование из первых принципов образования графитоподобной структуры из аморфного углерода с распределенной по пространству температурой. Вычисления направлены на объяснение механизма смены сопротивления в экспериментах с новой памятью, основанной на фазовых переходах в аморфном углероде. 6) Предложена трехуровневая модель молекулярной динамики, сочетающая квантово механическую молекулярную динамику, модифицированную молекулярную динамику Эренфеста и макроскопическую модель теплопроводности. Результаты моделирования показывают появление послойной графитоподобной молекулярной структуры при увеличении температуры. Разработаны новые численные многосеточные алгоритмы расчета фазовых переходов второго рода в молекулярных структурах. Созданы математические методоы и программы позволяющие учитывать границы проводящих точек в наноструктуре аморфного углерода. Проведено моделирования молекулярной структуры на суперкомпьютере “Ломоносов” с гибридной CPU-GPU архитектурой. Разработан численный метод и программа для моделирования процессов коагуляции, описываемых многомерным одномерным уравнением Смолуховского. Дальнейшее развитие получил численный код TOKSCEN (TOKamak SCENario) для расчетов разряда в установках токамак. Продолжалась работа по созданию единой программной среды, для планирования, сопровождения и анализа экспериментов на установках указанного типа. Значительное внимание уделялось отечественной установке Т-15, физический пуск которой ожидается в 2017 году. Предложены новые высокоскоростные алгоритмы решения задач механики сплошной среды методом сглаженных частиц. Для дискретной задачи получена оценка погрешности аппроксимации, обсуждено представление законов сохранения. Рассмотрены CPU и GPGPU-архитектуры ЭВМ. Оценены время вычислений, ускорение и эффективность алгоритмов на системах с поддержкой программных моделей OpenMP, MPI и CUDA. Показано, что новые методы дают возможность перейти на основе единообразного дискретного описания к решению принципиально новых актуальных теоретических и прикладных задач с учётом фазовых переходов сред, химических и ядерных реакций, распада объектов на части и других сложных процессов. Для исследования взаимосвязи между различными характеристиками разрядов в плазме был использован аппарат высших моментов 3-го и 4-го порядка, которые равны нулю для гауссовских процессов. По ним были подсчитаны бикогерентности и бикросс-фазы для потенциала и плотности плазмы. Оказалось, что для них существуют значимые авто- бикогерентности, а также кросс- бикогерентности между потенциалом и плотностью; это указывает на возможность процесса трехволновой передачи энергии между этими величинами.