Российские физики нашли способ моделировать параметры ионов в плазме за секунды
Ученые НИУ ВШЭ и МФТИ вывели набор простых аналитических методов для расчета поведения тяжелых ионов в гелии под действием сильного электрического поля. Новая методика в тысячи раз ускоряет расчеты подвижности ионов и скорости ионно-молекулярных реакций с точностью, достаточной для моделирования плазменных струй. Работа опубликована в журнале Physica Scripta.
Плазма — это газ, состоящий из заряженных частиц (электронов, отрицательных и положительных ионов). Такой состав делает плазму в целом квазинейтральной. Плазма хорошо проводит электричество и ведет себя сложнее, чем обычный газ.
Плазму можно обнаружить в лампах дневного света, сварочной дуге и высокотехнологичных токамаках — установках управляемого ядерного синтеза. Атмосферные плазменные струи используют для дезинфекции ран, обеззараживания рабочих поверхностей, а также для улучшения свойств семян сельскохозяйственных растений.
Чтобы добиться правильного состава, а значит и воздействия плазменной струи, ученые предварительно вычисляют ее параметры с помощью компьютерного моделирования. Исходными данными становятся зависящие от величины электрического поля характеристики заряженных частиц, их подвижности и константы скоростей реакций.
Эти характеристики высчитываются с использованием метода Монте-Карло. Он точен, но ресурсозатратен: определение подвижности и констант скоростей реакций конкретного иона только для одного значения электрического поля занимает несколько часов, в сложных случаях и несколько суток.
Доцент факультета физики НИУ ВШЭ Александр Пономарев и профессор МФТИ Николай Александров нашли простые аналитические формулы, позволяющие определять значения подвижностей и констант скоростей реакций за секунды. Они модифицировали и объединили классические подходы и разработали на их основе несколько методов. Простейший метод расчета параметров ионов работает при мощных приведенных электрических полях (более 60 Тд), уточненный действует во всем диапазоне электрических полей, включая низкие. Созданные учеными методы вычисления скоростей реакций позволяют оценивать, как быстро отрицательные ионы распадаются и теряют электроны, что критически важно для моделирования состава плазмы.
Результаты расчетов новыми методами авторы верифицировали на данных, полученных с помощью метода Монте-Карло. В работе рассматривались отрицательно заряженные ионы кислорода, тетракислорода и оксида азота, важные для атмосферной плазмы. В мощных электрических полях простейший метод позволяет вычислять подвижность ионов с отклонением до 10%, уточненный — 2–7% в зависимости от типа иона, при этом ученые подтвердили его применимость в очень мощных электрических полях, до 250 Тд.
Рассчитанные по новым методам константы скорости реакций ионов в плазме отклоняются от результатов расчета по методу Монте-Карло не более чем в 2 раза.
Константы скорости реакций заряженных частиц при изменении электрического поля могут изменяться на 2–3 порядка. Таким образом, по мнению исследователей, существенный выигрыш во времени расчета (секунды вместо часов) стоит снижения точности расчетов.
Александр Пономарев
«Наши методы сводят нахождение характеристик ионов практически до вычислений на калькуляторе. Такой качественный скачок в работе с плазмой должен значительно продвинуть большие проекты с гуманитарными целями. Ускорение вычислений делает нас ближе к высокоэффективной медицине, основанной на воздействии плазмы на живые ткани организма, и к повышению урожайности и стойкости сельскохозяйственных культур благодаря своевременной обработке семян плазменными струями. Я очень надеюсь, что наши исследования помогут в борьбе с болезнями и в какой-то мере решат проблему голода в глобальном масштабе», — подытожил первый автор работы, доцент факультета физики НИУ ВШЭ Александр Пономарев.
Вам также может быть интересно:
НИУ ВШЭ стал победителем Всероссийского конкурса студенческих конструкторских бюро
Студенческое конструкторское бюро «Интеллектуальные автономные системы в промышленности», созданное на базе Института робототехнических систем и МИЭМ ВШЭ, одержало победу во Всероссийском конкурсе в области студенческого конструкторского лидерства. Организатор конкурса — Министерство науки и высшего образования РФ. Бюро получит государственную поддержку на реализацию проектов в области робототехники совместно с индустриальными партнерами.
НИУ ВШЭ представил в Китае исследование о безопасности нейросетей для анализа видео
Ученые Высшей школы экономики презентавали на международной конференции ChinaMM 2026 в Китае исследование о том, как искажения при передаче видео влияют на работу нейросетей. Авторы предложили новый способ проверять устойчивость таких моделей в условиях, близких к реальному использованию видеосервисов.
Научная экспедиция на Хайнань: ученые ВШЭ организовали конференцию по статистическому ИИ в Китае
С 24 по 28 августа 2026 года в городе Санья на острове Хайнань (Китай) прошла международная конференция Statistical AI («Статистический искусственный интеллект»). Мероприятие собрало ведущих специалистов в области статистики, машинного обучения и прикладного ИИ. Среди организаторов конференции — Алексей Наумов, директор Института искусственного интеллекта и цифровых наук ФКН НИУ ВШЭ, и Сергей Самсонов, заведующий Международной лабораторией стохастических алгоритмов и анализа многомерных данных.
V конференция «Погружение в машинное обучение»: главное ИИ-событие осени соберет ведущих ученых России
Институт искусственного интеллекта и цифровых наук факультета компьютерных наук НИУ ВШЭ приглашает исследователей, разработчиков и всех, кто создает будущее технологий, на пятую, юбилейную конференцию «Погружение в машинное обучение» (Fall into ML 2026). Мероприятие состоится 23–24 октября 2026 года в Центре культур НИУ ВШЭ (Москва, Покровский бульвар, д. 11, cтр. 6) и станет главной точкой притяжения для российского ИИ-сообщества.
НИУ ВШЭ представит свои проекты на Международном фестивале молодежи
С 11 по 17 сентября в Екатеринбурге пройдет Международный фестиваль молодежи. В его работе активное участие примет Высшая школа экономики. На стенде университета будут представлены план-макет космического поселения, роботы, а также система анализа больших данных iFORA. 50 студентов Вышки посетят площадки фестиваля, а эксперты станут участниками деловой программы.
В НИУ ВШЭ пройдет международная конференция об обучении служением и искусственном интеллекте
21–23 октября 2026 года в НИУ ВШЭ пройдет Международная научно-практическая конференция «Обучение служением и искусственный интеллект: человекоцентричная социальная миссия университета». Конференция объединит представителей российских и зарубежных университетов, органов власти, некоммерческих организаций и бизнеса. Регистрация уже открыта.
НИУ ВШЭ расширяет сотрудничество с Малайзией в сфере технологического форсайта
Ученые НИУ ВШЭ примут участие в исследовании перспектив инженерного образования в Малайзии, а Малайзийская промышленно-правительственная группа высоких технологий (MIGHT) использует для валидации результатов их форсайт-исследований систему анализа больших данных iFORA. Таковы результаты визита представителей Вышки в Куала-Лумпур.
В НИУ ВШЭ разработают систему предиктивной аналитики для двигателей ледоколов
Автоматизация промышленности является одним из ключевых направлений применения технологий искусственного интеллекта. Среди решений, разрабатываемых для российской индустрии в рамках стратегического технологического проекта НИУ ВШЭ «Мультиагентная платформа ИИ-решений для отраслевых задач», — система предиктивной аналитики для крупных электродвигателей. Что такое предиктивная аналитика, как она влияет на работу электродвигателя и какие специалисты объединили усилия для создания этого продукта, «Вышке.Главное» рассказал координатор разработки, декан факультета «Школа информатики, физики и технологий» НИУ ВШЭ — Санкт-Петербург Антон Зарубин.
Дополнительные баллы к ЕГЭ за золотой значок: стартовал новый сезон сдачи нормативов ТехноГТО
Стартовала новая сессия сдачи очных нормативов технологической грамотности ТехноГТО на золотые значки. С сентября по декабрь 2026 года в разных регионах России участники смогут продемонстрировать свои знания на очных площадках проекта и заработать награды, которые позволяют получить до 10 дополнительных баллов к ЕГЭ при поступлении в вузы. ТехноГТО является частью Национальной технологической олимпиады (НТО) и реализуется Кружковым движением НТИ совместно с Президентской платформой «Россия — страна возможностей» при поддержке Движения Первых и НИУ ВШЭ.
От теории к практике: как машинное обучение меняет биоинформатику
С 20 по 22 августа на факультете компьютерных наук НИУ ВШЭ прошла седьмая ежегодная Летняя школа по машинному обучению в биоинформатике. Мероприятие объединило ведущих экспертов и молодых исследователей. Его главным итогом стала живая дискуссия о том, как фундаментальные алгоритмы ИИ превращаются в работающие инструменты для биологии и медицины.