//Росатом/ВНИИЭФ
Контакты
Предприятие госкорпорации Росатом
2008_1
Бельков С.А., Кочемасов Г.Г., Куликов С.М., Бондаренко С.В., Маслов Н.В., Rubenchik1 А, Da Silva2 L.B. Анализ данных, полученных при клинических испытаниях системы оптической биопсии для диагностики рака молочной железы // Международная конференция BIOS 2008 , г. Сан - Хосе ( США ) 19 - 24 января 2008 г.
1 LLNL, Livermore, CA, USA
2 BioTelligent Inc.,
Livermore, CA, USA
Согласно современной
статистике рак молочной железы ( РМЖ ) представляет собой самую распространенную форму
злокачественных опухолей в структуре онкологической заболеваемости и смертности женщин в
России и мире. В 2001 г. в России зарегистрировано более 45 тыс. новых случаев
заболеваемости и 21,8 тыс. смертельных исходов. В
США РМЖ ежегодно диагностируются более чем у 200 000 женщин. При ранней диагностике рак
молочной железы обычно может быть излечен комбинацией хирургии, химиотерапии и радиации.
Сегодня рентгеновская маммография остается номером один среди диагностических средств и
примерно 48 миллионов маммограмм выполняется ежегодно. К сожалению, высокая чувствительность
маммографии приводит к большому числу ложных прочтений, требующих проведения последующей
инвазивной диагностической процедуры для взятия образца ткани. Наиболее часто применяется
глубинная биопсия, при которой большая игла вводится в молочную железу ( МЖ ) и ею берется
образец ткани. Затем патолог анализирует удаленную ткань и ставит диагноз. Только в США
ежегодно выполняется более 1,5 миллионов глубинных
биопсий МЖ, при этом в более чем 80% случаев новообразование оказывается доброкачественным.
Это означает, что более 1,2 миллионов пациенток
подвергаются ненужной хирургической процедуре и волнениям. Хотя в настоящее время
применяются альтернативные, менее травмирующие процедуры, такие как отсасывание тонкой
иглой, высокий уровень ложно отрицательных диагнозов существенно ограничивает их
приемлемость. В клинических испытаниях было показано, что характеристики оптического
рассеяния и поглощения чувствительны к типу ткани и ее состоянию. В были продемонстрированы
возможности использования контактного зонда в диагностике раковых тканей. Данный зонд имел
один испускающий и один собирающий световод для измерения спектров рассеяния в биологических
тканях в диапазоне 350 – 700 nm. Компанией BioTelligent Inc разработан
диагностический комплекс для проведения оптической биопсии. Инвазивный зонд, представляющий
собой миниатюрную иглу, в которой размещены семь оптических световодов, вводится в молочную
железу и подводится к подозрительному участку. По одному из световодов подается
широкополосное оптическое излучение от источника белого света, в качестве которого
используется ксеноновая лампа. Оптическое излучение рассеивается и поглощается в тканях,
через которые проходит игла в процессе проведения диагностики, и собирается тремя
световодами, отстоящими на различных расстояниях от источника (несколько сотен микрометров).
Излучение источника и рассеянное излучение подается по световодам в измерительную систему.
Измерение спектра проводится с частотой 100 -120 Гц , что обеспечивает сбор
информации каждые 100 микрон при скорости введения иглы 1 см/с. Для контроля
глубины проникновения зонда и определения механических свойств тканей зонд оснащен датчиками
положения и напряжения. В настоящем докладе приводятся результаты анализа данных, полученных
при клинических испытаниях комплекса проведенных в Областном Онкологическом Центре г. Нижний
Новгород.
Любынская Т.Е., Кочемасов Г.Г., Бельков С.А., Маслов Н.В. Анализ спектров отражения внутренних тканей человека с целью выявления раковых образований с помощью многослойного персептрона // Международная конференция BIOS 2008 , г. Сан - Хосе ( США ) 19 - 24 января 2008 г.
В работе изучается новый метод диагностики рака молочной железы, основанный на анализе спектров отражения видимого света от внутренних тканей . При проведении диагностики в тело пациента вводится игла, на конце которой находятся источник белого света и детекторы отраженного. С иглы отраженный сигнал поступает на спектрометр. Конечный сигнал представлен в виде набора значений интенсивностей по 180 длинам волн видимого спектра. В секунду происходит примерно 110 тактов снятия сигнала. Конечная цель работы – отделить спектры, соответствующие отражению от раковых тканей от спектров, отвечающих здоровым тканям и доброкачественным опухолям. Для поиска разделяющего правила использовался трехслойный персептрон. При обучении персептрона минимизировалась ошибка обучения с помощью метода обратного распространения ошибки. Регуляризация обучения проводилась по методу Байеса. Обучающая выборка составлялась экспертным образом. Было обнаружено, что спектры, соответствующие отражению от раковых тканей, легко отличить от спектров большинства здоровых тканей. Однако вызывают проблему здоровые ткани, насыщенные кровью. Насыщение часто происходит в результате их повреждения при проколе иглой. Разделение спектров раковых и здоровых тканей, насыщенных кровью, было вынесено в отдельную задачу. Для этого был построен отдельный персептрон, обученный исключительно на таких спектрах.
Учаев А.Я., Пунин В.Т., Сельченкова Н.И., Кошелева Е.В., Платонова Л.А., Жабыка Л.В. О динамическом скейлинге скорости центрообразования в металлическом Pu при отрицательном импульсном давлении // на Международную конференцию « Свойства плутония – 2008 », г. Дижон ( Франция ) , 07 - 11 июля 2008 г.
В работе
рассмотрена возможность определения скорости центрообразования в металлическом Pu, которая
определяет долговечность в динамическом диапазоне ( субмикро - субнаносекундный диапазон
) [ 1 ]. При амплитудах импульсного давления единицы - сотни килобар в диапазоне
долговечности t ~ 10 -6 ÷ 10
-10 c эволюция микро - и мезоскопических дефектов в явлении
динамического разрушения является определяющей в общих закономерностях инвариантного
поведения твердых тел при воздействии мощных импульсов проникающих излучений ( темп ввода
энергии dT/dt ~ 10 6 ÷ 10 12
К/с , диапазон начальных температур Т0
~ 4К ÷
Тпл ) . В результате большого объема исследований [ 2, 3 ]
было показано, что сопротивление тела внешнему воздействию в динамическом диапазоне
долговечности оказывает возникающая диссипативная структура – каскад центров разрушения.
Каскад центров разрушения является фрактальным кластером. В нелинейных диссипативных средах,
каковой являются металлы в процессе динамического разрушения, происходит уменьшение числа
степеней свободы. Уменьшение числа степеней свободы, определяющих динамику структуры
металла, означает, что в системе происходит самоорганизация структурных элементов,
характеризующаяся крупномасштабными корреляциями. Возникает параметр порядка,
характеризующий переход от некоррелированного состояния вещества к коррелированному.
Плотность центров разрушения f на пороге макроразрушения, когда
меняется связность разрушаемого тела, является параметром порядка. Показано, что
существенное увеличение плотности центров разрушения f ( t ) происходит на
заключительной стадии процесса разрушения на временах t ~ 1/10
· tp , где tp
- время разрушения. Подобные эффекты наблюдаются в физике критических явлений,
когда возникают крупномасштабные флуктуации, меняющие связность тела. В результате
проведенных исследований показано, что каскад центров разрушения на пороге макроразрушения,
когда происходит топологический фазовый переход – возникновение связности в системе центров
разрушения, является перколяционным кластером, что определяет возможность применения
универсального аппарата теории критических явлений к количественному описанию процесса и
определяет универсальное поведение металлов в явлении динамического разрушения, позволяет
прогнозировать поведение неисследованных материалов в указанных температурно - временных
диапазонах [ 2, 3 ].
Единый механизм процесса динамического разрушения металлов –
потеря связности системы путем кластеризации каскада центров разрушения - единый параметр
порядка и одинаковая размерность пространства, в котором протекает процесс, определяют
возможность прогнозирования поведения металлов в экстремальных условиях [ 2, 3 ].
Также выше изложенное определяет универсальность скорости центрообразования J ( t ) . Кривые скорости центрообразования J ( t ) , представленные в координатах безразмерного времени ( t = t´/ tp ; t´ – текущее время ) для различных металлов в диапазоне долговечности t ~ 10 -6 ÷ 10 -10 c близки к единой кривой. Данные по накоплению скорости центрообразования аппроксимируются функцией J ( t ) ~ ( tp – t ) -g , принадлежащей к классу однородных функций.
Литература:
1. Р.И. Илькаев, В.Т. Пунин, С.А. Новиков, А.Я. Учаев, Н.И.
Сельченкова. Универсальные признаки и возможность исследования свойств металлов, включая
плутоний и уран, в экстремальных условиях. Фундаментальные свойства плутония: Сборник
тезисов V Международного семинара, 12 - 16 сентября 2005. – Снежинск: Издательство РФЯЦ -
ВНИИТФ, 2005. С. 132.
2. Р.И. Илькаев, А.Я. Учаев, С.А. Новиков, Н.И. Завада, Л. А.
Платонова, Н. И. Сельченкова // ДАН, 2002, т. 384, № 3, c. 328 - 333.
3. Р.И. Илькаев, В.Т. Пунин, А.Я. Учаев, С.А. Новиков, Е.В. Кошелева, Л.А. Платонова, Н.И. Сельченкова, Н.А. Юкина // ДАН, 2003, том 393, № 3. c. 326 - 331.
Учаев А.Я., Пунин В.Т., Сельченкова Н.И., Кошелева Е.В., Платонова Л.А. О процессах ускорения изменения физико - механических свойств ( процесса старения ) металлического плутония // Международную конференцию « Свойства плутония – 2008 », г. Дижон ( Франция ), 07 -1 1 июля 2008 г.
Систематические исследования свойств сплавов плутония, проведенные в последнее время ( как отечественные, так и зарубежные ), позволили выявить наличие процессов старения сплавов, приводящих к некоторому изменению их физико - механических свойств. Физические и механические характеристики конденсированных сред в немалой степени определяются их структурой. Следовательно, возникает необходимость создания эффективных методов прогноза структуры и свойств дефектных конденсированных систем, основанных на новых физических представлениях и подходах. Ранее было обнаружено и теоретически обосновано универсальное поведение металлов в явлении динамического разрушения в диапазоне долговечности t ~ 10 -6 ÷ 10 -10 c, обусловленное критическим поведением диссипативных структур, лежащих в основе сопротивления тела внешнему воздействию, имеющих иерархическую соподчиненность от наномасштабов до масштабов разрушаемого тела [ 1, 2 ]. В работе приведены результаты исследований, которые позволили связать термодинамические потенциалы металлического Рu ( Н – энтальпия, Lm – теплота плавления ) с параметрами нагружения, что позволило спрогнозировать кривую долговечности в диапазоне долговечности t ~ 10 -6 ÷ 10 -10 с [ 3, 4 ]. В результате проведенных исследований показано, что поликристалл Pu – 3,3 % Ga сплава является фрактальным кластером. Дефекты, образующиеся в металлическом Pu , характеризуется целым набором времен релаксаций, которые определяют скорости релаксации различного рода дефектов при различных температурах, соответствующих различным скоростям накопления радиогенного гелия [ 5 ]. В металлическом Pu образуются дефекты термофлуктуационной и радиогенной природы, например, вакансии и дивакансии, которые характеризуются различными энергиями образования. Скорости релаксации этих дефектов описываются s - образными кривыми. Каждому виду дефектов соответствует свое время релаксации, которое отвечает определенной температуре. С целью ускорения процесса старения металлического Pu путем добавления изотопа 238Pu с меньшим периодом распада в 239Pu можно увеличить скорость образования дефектов за счет образования ядер отдачи и α частиц. Чтобы ускорить процесс релаксации одновременно присутствующих различных дефектов различной энергии образования необходимо приписать образцу несколько эффективных температур, что является невозможным. Проведенные оценки для времен релаксаций ряда дефектов кристаллической решетки, определяющие процесс старения Pu для различных эффективных температур, соответствующих различным скоростям накопления радиогенного гелия показывают, что проведение процесса ускоренного старения 239Pu сплава путем увеличения концентрации изотопа 238Pu является неоднозначным.
Литература:
1. Р.И. Илькаев, А.Я. Учаев, С.А. Новиков, Н.И. Завада, Л.А.
Платонова, Н.И. Сельченкова. Универсальные свойства металлов в явлении динамического
разрушения // ДАН, 2002, т. 384, № 3, c. 328 - 333.
2. Р.И. Илькаев, В.Т.
Пунин, А.Я. Учаев, С.А. Новиков, Е.В. Кошелева, Л.А. Платонова, Н.И. Сельченкова, Н.А.
Юкина. Временные закономерности процесса динамического разрушения металлов, обусловленные
иерархическими свойствами диссипативных структур – каскада центров разрушения //
ДАН, 2003, том 393, № 3. c. 326 - 331.
3. Р.И. Илькаев, В.Т. Пунин, С.А. Новиков, А.Я.
Учаев, Н.И. Сельченкова. Универсальные признаки и возможность исследования свойств металлов,
включая плутоний и уран, в экстремальных условиях. Фундаментальные свойства плутония:
Сборник тезисов V Международного семинара, 2005. – Снежинск: Издательство РФЯЦ - ВНИИТФ,
2005. С. 132.
4. Учаев А.Я., Пунин В.Т., Сельченкова Н.И., Кошелева Е.В., Платонова
Л.А., Жабыка Л.В. О динамическом скейлинге скорости центрообразования в металлическом Pu при
отрицательном импульсном давлении. VII Международный семинар Фундаментальные свойства
плутония, 2007, Саров. Тезисы. c. 144 - 145.
5. Plutonium Handbook A Guide to the Technology. V I. Edited by O.J. Wick Pacific Northwest Laboratories Battelle Memorial Institute. Gordon and Breach, Science Publishers, New York, 1967.
Учаев А.Я., Пунин В.Т., Назаров В.В., Сельченкова Н.И., Кошелева Е.В., Платонова Л.А. Исследование эффектов перемешивания в металлах при высокоинтенсивном внешнем воздействии // Международная конференция « Новые модели и гидрокоды для ударно волновых процессов в плотных веществах », г. Лиссабон ( Португалия ), 18 - 23 мая 2008 г.
Ударно - волновое движение неоднородных, дисперсных сред может приводить к возникновению динамических неустойчивостей и явлению динамического разрушения. Следовательно, является актуальным знание количественных характеристик эффектов кумуляции, перемешивания, которые являются неравновесными процессами и предшествуют процессу динамического разрушения в конструкционных материалах при высокоинтенсивных импульсных воздействиях. К исследованию процесса динамического разрушения металлов в диапазоне долговечности t ~ 10 -6 ÷ 10 -10 c применены методы ударно - волнового нагружения, воздействие релятивистских электронных пучков ( РЭП ) и ультракоротких импульсов лазерного излучения. Явление динамического разрушения обусловлено критическим поведением диссипативных структур, лежащих в основе сопротивления тела внешнему воздействию, имеющих иерархическую соподчиненность от наномасштабов до масштабов разрушаемого тела [ 1, 2 ]. В работе определены количественные характеристики диссипативных структур с помощью современных методов количественной фрактографии с использованием современных пакетов математических программ - интерактивной системы анализа изображений ( ИСАИ ) и цифровой микроскопии, методов фрактальной геометрии и математического аппарата теории критических явлений [ 1, 2 ]. При прохождении фронта ударной волны в среде возникают высокоградиентные поля напряжений и деформаций. Структурные элементы среды при этом приходят в движение в направлении распространения фронта ударной волны. В силу структурной неоднородности каждый элемент среды движется как отдельный поток со своей скоростью. Эти структурные элементы по своему масштабу относятся к так называемому мезоскопическому масштабному уровню ( 10 -5 ¸ 10 -3 см ) . Проведено исследование эффектов перемешивания металлов цинка и индия при высокоинтенсивном внешнем воздействии РЭП на основе металлографических исследований и локального рентгенофлуоресцентного анализа ( ЛРФА ). Показано наличие эффектов перемешивания на границе раздела двух металлов при высокоинтенсивном внешнем воздействии РЭП. Проведенные численные оценки размеров зон перемешивания согласуются с данными фрактографического анализа и ЛРФА [ 3 ]. Получены количественные характеристики процесса кумуляции, возникающие при воздействии РЭП на металлические образцы с нанесенными возмущениями в виде пирамидок на тыльной стороне. В результате проведенных исследований показано, что во фронте ударной волны при воздействии РЭП в образце происходит измельчение зерна. В области возникновения кумулятивных выбросов выявлено возникновение неустойчивостей – турбулентного перемешивания вещества [ 3 ]. Показано, что функция распределения диссипативных структур по размерам относится к классу однородных функций. Это определяет возможность лабораторного моделирования эффектов кумуляции, процессов перемешивания границы раздела, процессов модификации металлов при масштабировании линейных размеров образца и временных интервалов воздействия. Высокоинтенсивное импульсное воздействие, как показали результаты проведенных исследований, приводит к модификации и изменению функциональных свойств конструкционных материалов.
Литература:
1. Р.И. Илькаев, А.Я. Учаев, С.А. Новиков, Н.И. Завада, Л.А.
Платонова, Н.И. Сельченкова. Универсальные свойства металлов в явлении
динамического разрушения // ДАН, 2002, т. 384, № 3, c. 328 - 333.
2.
Р.И. Илькаев, В.Т. Пунин, А.Я. Учаев, С.А. Новиков, Е.В. Кошелева, Л.А. Платонова, Н.И.
Сельченкова, Н.А. Юкина. Временные закономерности процесса динамического разрушения
металлов, обусловленные иерархическими свойствами диссипативных структур – каскада центров
разрушения // ДАН, 2003, том 393, № 3. c. 326 - 331.
3. Учаев А.Я., Пунин В.Т., Сельченкова Н.И., Кошелева Е.В., Платонова Л.А. Иерархия масштабных уровней диссипативных структур, возникающих в металлах в явлении динамического разрушения. XVII Петербургские чтения, С. - Петербург, 2007, с. 31 - 32.
Аринин В.А., Невмержицкий Н.В., Орлов В.Д., Согрин С.Ю., Сотсков Е.А., Сеньковский Е.Д. Регистрация развития турбулентного перемешивания на границе газ - жидкость оптическим и радиографическим методами // 11 международный семинар по физике турбулентного перемешивания сжимаемых сред, г. Санта - Фе, ( США ), 14 - 18 июля 2008 г.
Представлены результаты экспериментов по исследованию развития турбулентного перемешивания, возникающего при неустойчивости Рэлея - Тейлора на границе газ - жидкость с регистрацией течения оптическим и рентгенографическим методами. Показано, что интегральную ширину зону перемешивания оба метода регистрируют примерно одинаково. При этом оптический метод позволяет разрешать размеры отдельных пузырей зоны перемешивания, рентгенографический – размеры верхних частей струй и распределение плотности жидкости по ширине зоны перемешивания.
Глушак Б.Л., Пушков В.А., Игнатова О.Н. Эксперименты и модель динамического деформирования U - 238 и его сплава с Мо // Международная конференция « Новые модели и гидрокоды для расчета ударных волн в конденсированных средах », г. Лиссабон ( Португалия ), 18 - 23 мая 2008 г.
В настоящей работе описаны результаты исследования динамических диаграмм σ - ε одноосного сжатия и растяжения U - 238 и его сплава с Мо ( ~ 1 мас. % ). Представлены величины пределов текучести, найденные из диаграмм при различных скоростях деформации t < 1800 с -1 и начальных температурах Т < 600°С . На основании полученных результатов построена полуэмпирическая модель определяющего уравнения U - 238 и его сплава с Мо. Для проведения экспериментов использовался известный метод составных стержней Гопкинсона .
Егорычев Б.Т., Ивановский А.В., Волков Г.И., Морозов И.В.,Краев А.И., Петрухин А.А. Экспериментальное исследование возможности квазисферического сжатия плазменной мишени на модели // 35 международная конференция по физике плазмы, г. Херсониссес ( Греция ), 09 - 13 июня 2008 г.
Известно [ 1 ] , что энерговыделяющим элементом системы магнитного обжатия термоядерной мишени является пондеромоторный узел, представляющий собой аксиально - симметричную конструкцию, в которой по тонкому скин - слою токопроводящей оболочки ( металла или плазмы ) протекает быстронарастающий ток от источника импульсной мощности. Оболочка схлопывается к оси под действием давления магнитного поля, возникающего при протекании тока, и осуществляется обжатие термоядерной мишени. Для реализации любого из проектов УТС с инерционным удержанием необходимы сверхмощные источники энергии. Во ВНИИЭФ проведены работы по исследованию и созданию целого класса взрывомагнитных импульсных систем, предназначенных для генерации мегаамперных токов. Эти взрывомагнитные импульсные системы работают по принципу сжатия магнитного потока. Они по своим выходным параметрам вполне могут быть использованы в качестве относительно недорогих, эффективных взрывных источников импульсной мощности, пригодных для обжатия предварительно подогретой замагниченной плазмы. Основные элементы такой системы обжатия могут быть детально изучены на моделях. В связи с этим в работе представлены экспериментальные результаты, показывающие возможность осуществления квазисферического сжатия токопроводящей оболочки, разгоняемой магнитным полем, имеющим аксиальную геометрию. Приводятся данные, полученные в эксперименте, и изображения токопроводящей оболочки, показывающие состояние оболочки в процессе ее магнитного разгона, когда наружный слой оболочки изъеден возмущениями Рэлей - Тейлоровского типа.
Литература:
1. Чернышев В.К. Сверхмощные взрывомагнитные источники энергии для термоядерных и физических исследований. Мегагауссная и мегаамперная импульсная технология и применения. Труды Седьмой международной конференции по генерации мегагауссных магнитных полей и родственным экспериментам. Саров, ВНИИЭФ, 1997, стр. 41 - 58.
Ивановский А.В., Краев А.И., Рыбаченко В.Ф., Садовой А.А., Васюков В.А. Концепция двухступенчатого лайнерного генератора плотной высоко температурной плазмы // Международная конференция по импульсной мощности « EAPPS - 2008 », г. Вильнюс ( Литва ), июнь - сентябрь 2008 г.
Представлена концепция двухступенчатого лайнерного генератора плотной высокотемпературной плазмы. Генератор содержит цилиндрический конденсированный лайнер, разгоняемый током от взрывомагнитного генератора до скорости свыше 10 км/с . Внутренняя полость разгонной камеры откачивается для отсутствия проникновения тока под лайнер и создания условий для ускорения сгустков рабочего газа от торцов и их схождения в центре камеры. Разгон рабочего газа в виде сгустков тороидальной формы осуществляется с помощью торцевых отражателей. Кинетическая энергия сгустков рабочего газа обеспечивает необходимую начальную температуру для стадии дожатия рабочего газа до высокой плотности и температуры, осуществляемой в центре камеры.
Васюков В.А., Ивановский А.В., Краев А.И., Кулагин А.А., Петрухин А.А. Многоэлементный взрывомагнитный дисковый сильноточный генератор диаметром 210 мм // Международная конференция по импульсной мощности « EAPPS - 2008 », г. Вильнюс ( Литва ), июнь - сентябрь 2008 г.
Описана конструкция быстроходного многоэлементного дискового взрывомагнитного генератора диаметром 210 мм ( ДВМГ - 210 ). В генераторе используется набор последовательно соединенных ( десять или более ) идентичных дисковых ячеек, устанавливаемых по оси с шагом 33 мм . Амплитуда выходного импульса тока ДВМГ - 210 составляет ~ 30 MA с характерным временем нарастания ~ 5 µs . Возможно использование одновременное использование нескольких ДВМГ - 210 в системах, подобных Ранчеро, с их параллельным подключением к нагрузке и кратным увеличением амплитуды импульса тока.