Развитие системы высшего физико-математического образования на Ставрополье в 90-е гг. XX века

Развитие школ и направлений в области физических наук, бесспорные достижения, получившие широкое признание специалистов обусловили качественный рост физико-математического факультета в условиях классического университета. В настоящее время на факультете работают 9 докторов наук: Несис Е.И. - заслуженный деятель науки РФ; Стеценко В.Я. - заслуженный деятель науки Таджикистана; Червяков Н.И. - заслуженный деятель науки и техники РФ; Каплан Л.Г.; Диканский Ю.И.; Симоновский А.Я.; Ку-чугурова Н.Д.; Копытов В.В.; Падалка В.В.; Дерябин М.И. 4 кафедры из семи возглавляются докторами наук. На факультете к преподавательской деятельности привлечены доктора наук, профессора, работающие по совместительству, среди них такие видные ученые, как Чеканов В.В., Лебедев В.И., Се-менчин Е.А., Панчук В.Е., Перепелица В.А., Найденов И.Д., Закинян Р.Г., Климентов СБ.. Таким образом, на факультете постоянно работают 18 докторов.

На кафедрах физики в настоящее время открыт целый ряд аспирантур по специальностям физико-математических наук: «Астрофизика и радиоастрономия», «Физика конденсированного состояния», «Электрофизика, электрофизические установки», «Теплофизика и теоретическая теплотехника», а также «Физика атмосферы и гидросферы» (Науки о земле). На физико-математическом факультете открылся докторский диссертационный совет Д 212.256.05 по специальности 01.04.13 - Электрофизика, электрофизические установки (физико-математические науки). В период 2000 - 2004 гг. на физико-математическом факультете защищены 4 докторских диссертации и 20 кандидатских диссертаций. В результате, число представителей профессорско-преподавательского состава факультета, имеющих ученые степени выросло на 25 % по сравнению с 2000 годом.

Процессы интеграции между отдельными отраслями физических наук, стимулом которых стали задачи высшего классического образования в рамках государственного университета, позволили поднять теоретический уровень проводимых кафедрами физики научно-технических мероприятий. Об этом свидетельствует проведение Региональной конференции «Теоретические и прикладные проблемы современной физики» (20 - 23 сентября 2002 г.), в которой приняли участие 70 специалистов. Тот факт, что конференция переросла ранг региональной, так как на ней были представлены доклады не только ученых Южного федерального округа, но и ученых гг. Москва, Санкт-Петербург, Ульяновск, а также Азербайджана, Израиля, свидетельствует о переходе физико-математического высшего образования на качественно новую ступень, соответствующую современным требованиям, предъявляемым университетскому образованию. По результатам конференции изданы материалы конференции объемом 12 п.л.

Процесс интеграции выражается также и в повышении степени вариативности профессиональной подготовки студентов, которым предлагаются следующие специализации: «Физика магнитных явлений», «Оптика и спектроскопия», «Физика атмосферы», «Астрофизика». Структура специализаций соответствует структуре имеющихся на факультете научных школ и направлений и позволяет существенно повысить научно-теоретический и практический уровень высшего физико-математического образования.

Дальнейшее развитие школы «Физика магнитных жидкости» стало основой для открытия специализации «Магнитные явления» для студентов-физиков и дало возможность получить лицензию на подготовку магистров по программе «Физика конденсированного состояния вещества».

Благодаря развитию исследований по молекулярной спектроскопии, начатым в начале 60-х годов прошлого столетия в Ставропольском пединституте, стало возможным открыть специализацию «Физика оптических явлений» в Ставропольском Государственном университете.

Раздел 3. Организация и развитие физических научных направлений в вузах Ставрополья с 1990 г.

В последние годы в обществе сложилось негативное отношение к научно-техническому прогрессу, отождествляемому с экологическими катастрофами типа Чернобыля и угрозой жизни в связи с разработкой все более смертоносного оружия. Однако, в борьбе с преодолением кризисных явлений в экологии и экономике основную роль следует отводить работе ученых и их поиску путей дальнейшего научно-технического прогресса. Самые гуманные пути переустройства общества должны проверяться законами математики при помощи математических моделей. «В изучении путей развития таких сложных открытых систем, как экономика и общество, политики должны переходить из сферы пропаганды, то есть гуманитарной сферы, в область естественнонаучную, опирающуюся на развернутые социологические измерения и математическое моделирование. Только создание эвристических моделей общества с накоплением социологического экспериментального материала может превратить лучшие гипотезы в реальные теории. Использование работающих теорий в математическом моделировании процессов в обществе - это благородный интеллектуальный труд, способный принести необозримые моральные и материальные выгоды обществу»²¹. Однако, для реального воплощения этой программы, хотя бы в рамках нашего края, необходимо сформировать группу научных работников пусть даже разных профилей: философов, социологов, математиков. Кроме этого, необходимо создать все условия для работы этой мобильной группы в виде материальной помощи, предоставления вычислительного центра, доступа к электронным сетям и многое другое. Таким образом, организованный научный подход к решению любой проблемы может гарантировать положительные результаты.

К решению указанных проблем приступили недавно созданные специализированные кафедры физики и математики в СевКавГТУ, Ставропольского государственного аграрного университета. В 1971 году в Ставропольском политехническом институте была образована кафедра физики. Тогда из 16 преподавателей кафедры трое являются докторами технических наук, профессорами - Дмитрий Николаевич Валюхов и Ахмед Багаудинович Сау-тиев, Владимир Яковлевич Мартене, кандидат физико-математических наук, доцент Мартуни Александрович Арутюнян, кандидаты химических наук, доценты Михаил Александрович Голубин, Евгений Валентинович Соколенко, Ибрагим Мюпоршаевич Хабибулин, старший преподаватель Наталья Владимировна Жданова, заведующая Лабораторией Виктория Валерьевна Мизина, аспиранты Сергей Викторович Лисицин, Сергей Александрович Крикун, Роман Витальевич Пигулев и ассистенты Виктория Валерьевна Мизина, Игорь Юрьевич Бородин, Вадим Геннадьевич Зубрилов, Светлана Леонидовна Осипова, Валентина Ивановна Шестопалова, Валентина Николаевна Ющенко. На кафедре открыты аспирантуры по трем специальностям: 0104407 -«Физика конденсированного состояния», 020004 - «Физической химия» и 051301 - «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», в которых обучаются 6 аспирантов. Работой аспирантов руководят три доктора наук, а также опытные кандидаты наук, доценты. Основное научное направление. - «Исследование межфазных взаимодействий в системах различной химической природы».

Кафедра физики обеспечивает преподавание курса физики на шести факультетах: факультете информационных систем и технологий (ФИСТ), факультете электроники и энергетики (ФЭЭ), инженерно-строительном факультете (ИСФ), факультете машиностроения и транспорта (ФМТ), факультете биотехнологии и пищевых продуктов (ФБ1111), факультете нефти и газа (ФНГ).

Осуществляя межвузовскую научную интеграцию, в настоящее время работники кафедры физики в целях научных исследований поддерживают тесную связь с вузами: Санкт-Петербургским государственным техническим университетом, Южно-Российским государственным техническим университетом (Новочеркасским политехническим институтом), Воронежским государственным университетом, Воронежским государственным техническим университетом, Кабардино-Балкарским государственным университетом, Санкт-Петербургским научно-производственным объединением «Буревестник».

Кафедра физики СевКавГТУ оснащена уникальным современным научно-исследовательским оборудованием: высоковакуумным рентгеновским фотоэлектронным спектрометром СЭР-1, Оже-электронным спектрометром ЭСО-3, спектрометром ДФС-24, а также ИК и люминесцентными спектрометрами. Это позволяет преподавателям кафедры успешно вести не только научно-исследовательскую, но и учебно-преподавательскую работу, приобщая студентов к современным достижениям и результатам собственных научно-исследовательских наработок. Помимо лекционного курса кафедра проводит практические занятия и обеспечивает проведение физического практикума в шести учебных лабораториях, которые охватывают весь курс от механики до ядерной физики, и включают в себя более 50 лабораторных работ. С 2002 года кафедра проводит занятия в лицее при университете, а также в Малой академии наук. Работы школьников академии ежегодно представляются на Всероссийский научных конференциях школьников в городах Обнинск и Москва и региональных научных конференциях в городе Ставрополь. Победители Всероссийских конкурсов в разные годы приглашены без вступительных экзаменов в ведущие вузы Москвы: Химико-технологический им. Менделеева, Институт ядерной физики, Авиационный институт, в училище им. Баумана и СевКавГТУ.

При кафедре физики в СевКавГТУ была сформирована группа ученых, которая занимается моделированием, в том числе компьютерным, процессов самоорганизации в кристаллической решетке в области температур изменения симметрии структуры твердых тел. Организатором этого научного направления является доктор наук, профессор Виктор Иванович Лебедев.

С 1991 г. Виктор Иванович начал работать в Ставропольском политехническом институте, в качестве профессора кафедры физики. С 1996 г. В.И. Лебедев назначается заведующим кафедрой высшей математики Ставропольского политехнического института, а с 1997 г. заведующим кафедрой информатики СевКавГТУ. В 1994 г. ему присвоено звание профессора, а также в этом году он стал академиком Международной академии информатизации. В.И. Лебедев является известным ученым в области теории фазовых переходов в твердых телах и жидкостях. Научная деятельность Лебедева В.И. связана с развитием нового научного направления - теории самоорганизации процессов структурных фазовых переходов в дефектных кристаллических структурах и процессов пространственно-временной самоорганизации в сложных неравновесных системах различной природы.

Сотрудники кафедры информатики активно участвуют в научно-исследовательской работе. Виктор Иванович Лебедев руководит двумя научными направлениями кафедры информатики: математическое моделирование нелинейных сильноравновесных процессов в системах различной природы; математическое моделирование процессов самоорганизации кристаллических структур в области структурных фазовых переходов.

Научные исследования по математическому моделированию динамики дефектных кристаллических решеток в области структурных фазовых переходов (СФП) и математическому моделированию процессов самоорганизации в сложных системах начались в Ставропольском государственном политехническом институте с 1991 года. Исследования проводились под руководством доктора физико-математических наук, профессора В.И. Лебедева совместно с группой исследователей кафедры физики и информатики. Работа, проведенная по этому направлению в 1992-1994 гг., была подтверждена Грантом Госкомитета Российский Федерации по делам науки и Высшей школы - «Самоорганизация структур дефектов в реальных кристаллах вблизи структурных фазовых переходов», шифр 2-71-28-46.

В настоящее время эти исследования продолжаются на кафедре информатики в рамках научно-исследовательской работы по ЕЗН. По теме «Исследование структурных фазовых переходов первого рода близких ко второму роду в двумерных и трехмерных кристаллах» сотрудниками кафедры информатики, кандидатами физико-математических наук, доцентом Е.Н. Косовой и доцентом И.М. Ратпером решается задача Изинга в трехмерном случае. Елена Николаевна Косова начала заниматься исследованием данной темы в 1995 году, после зачисления в аспирантуру Северо-Кавказского государственного технического университета. В 2001 году прошла успешная защита диссертации по теме «Исследование модели структурного фазового перехода первого рода». Основными научными интересами Е.Н. Косовой является исследование моделей структурных фазовых переходов первого рода близких ко второму в трехмерных и двухмерных структурах (модель {ф³ф⁴}, точно решаемая модель типа Дикке); термодинамики и динамики образования и структуры квазидвумерных кристаллов на подложке; дефектных структур и особенностей поведения дефектных структур вблизи структурных фазовых переходов.

Старший преподаватель Н.Н. Гахова в русле указанного направления защитила диссертацию на соискание степени кандидата технических наук по теме: «Разработка математических моделей функциональных составляющих широкополосных цифровых сетей связи интегрального обслуживания». Работа посвящена разработке математических моделей функциональных составляющих широкополосной цифровой сети интегрального обслуживания. (Ш-ЦСИО) и исследованию процессов их взаимодействия для обеспечения эффективного использования ресурсов сети. С применением методов математического моделирования с использованием теории графов, математического анализа, теории вероятностей, теории выбросов случайных процессов, теории массового обслуживания впервые была осуществлена оптимизация сетевых ресурсов по составному показателю, характеризующему степень загрузки каналов. Получены аналитические соотношения, связывающие основные качественные показатели с параметрами сети и структурными особенностями топологии, разработан модифицированный алгоритм Стейглица для усовершенствования методики синтеза структуры Ш-ЦСИО, разработана модель процесса наращивания структуры сети при ее масштабировании, предложен и обоснован способ гибридной коммутации, на который получен патент РФ № 2195080 от 20.12.02. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании новых и модернизации существенных корпоративных цифровых сетей связи. Старший преподаватель И. П. Хвостова представила к защите кандидатскую диссертацию «Построение и использование образовательной автоматизированной информационной системы с элементами искусственного интеллекта в учебном процессе вуза». По специальности «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ» успешно работают аспиранты М. Леонтьев, Е. Голубева бывший аспирант, старший преподаватель Н.Ю. Братченко. В научной области «Математическое моделирование макроэкономических процессов», можно отметить научные результаты по исследованию экономических систем с точки зрения экономических катастроф.

В разделе, посвященном исследованию физических свойств ангармонических кристаллов с собственными точечными дефектами, процессов самоорганизации при структурных фазовых переходах типа «смещение» и «порядок-беспорядок» и фазовых переходов первого рода близких ко второму, включая конденсацию на подложках за данный период, были получены определенные результаты. Сформирована общая теория сильно ангармонических кристаллов с собственными точечными дефектами. Получены термодинамические функции такой системы, выраженные в определенных приближениях через найденные дефектные и фононные функции Грина. Для трехмерной модели дефектной решетки - гранецентрированной кубической решетки с парным центральным взаимодействием соседних атомов и октаэдрическим положением межузельных атомов исследована стабильность сильно ангармонического дефектного кристалла. Показано, что учет собственных точечных дефектов понижает температуру настойчивости решеток, приближая ее к температуре плавления и давая кривую Спиноли при заданных внешних условиях. Исследован спектр частот локальных колебаний ангармонической дефектной решетки с межузельными атомами в октаэдрическом положении ГУК решетки. Из уравнения типа Лившица для фононных функций Грина, определен спектр локальных колебаний решетки вблизи дефекта. Предложена модель описания структурных фазовых переходов (СФП) первого рода близких ко второму роду с помощью гамильтониана связанных ангармонических осцилляторов в поле периметрического двухъямного потенциала. Модель учитывает ангармоническое взаимодействие осцилляторов и потому позволяет развить самосогласованную теорию динамики решетки в квазиодномерных и двумерных системах на подложках в метастабильной области фазового перехода первого рода близкого ко второму. Изучена динамика кластеров в метастабильной фазе. Показано, что клинковая подсистема ответственна за квазиупругий центральный пик в законе рассеяния излучения вблизи СФП. Предложена модель СФП, использованная для расчета особенностей термодинамических параметров, обнаруживаемых при СФП первого рода близких ко второму роду типа «смещение» в мартенситных сплавах и чистых Ті и Zr при переходах из ОЦК структур в структуры плотной упаковки. Расчеты внутренней энергии, теплоемкости, восприимчивости и других параметров совпадают с молекулярно-динамическими расчетами. Показано качественно соответствующее эксперименту при СФП в SrTi0₃ смещение частоты «мягкой» моды от концентрации вакансий.

Исследована модель типа Дикке для описания динамики кластерообразования при СФП первого рода. Динамика кластерообразования при СФП первого рода описана нелинейным уравнением для параметра порядка. Показано, что нелинейный процесс образования неоднородного солитоноподоб-ного распределения по энергиям, представляет собой доменную стенку между двумя фазами.

В настоящее время обучение в аспирантуре Северо-Кавказского государственного технического университета при кафедре информатики ведется под руководством Виктора Ивановича Лебедева по двум специальностям: «Физика конденсированного состояния» и «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ».

По первой специальности «Физика конденсированного состояния» прошла успешная защита в 2001 году на докторском диссертационном совете Д 212.245.06 СевКавГТУ кандидатской диссертации «Модель структурных фазовых переходов первого рода в кристаллах» доцента кафедры Е.Н. Косо-вой. В настоящее время оформляет диссертационную работу по структурным фазовым переходам в низко размерных кристаллических структурах и пленках В.В. Мизина, а также работает над темой Е.О. Галай. Из новых научных результатов, полученных в последнее время, можно отметить следующие: проанализированы гамильтонианы дефектных кристаллических решеток, в том числе, гамильтонианы низко размерных структур на подложках, приводящие к структурным фазовым переходам типа «порядок-беспорядок» и типа «соразмеренная-несоразмеренная фазы». Исследована динамика структурных фазовых переходов типа «порядок-беспорядок» с взаимодействием точечных дефектов через поле локальных фононных мод в модели Дикке; предложена математическая модель стадий формирования новой фазы при структурных фазовых переходах первого и второго рода, которая проиллюстрирована на примере структурного фазового перехода в модели {фЗф4}; обсуждены механизмы самоорганизации при фазовых переходах первого и второго рода.

По специальности «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ» можно отметить результаты исследований экономических систем с точки зрения теории катастроф. В ходе работ была выявлена тенденция изменения цены акций РАО ЕЭС и РАО Газпром в виде управлений трендов, показано, что потенциал, описывающий динамику параметра порядка исследуемых АО, соответствует катастрофе типа «складка», определено местонахождение критических точек и собственное значение матрицы устойчивости, исследовано поведение и характеристики аттракторов системы.

В настоящее время творческий коллектив сотрудников кафедры выполняет тему НИР по Единому заказ-наряду СевКавГТУ. Первый этап по теме: «Исследование структурных фазовых переходов первого рода близких ко второму роду в двумерных и трехмерных кристаллах».

Наряду с научной деятельностью профессор В.И. Лебедев ведет большую учебно-методическую работу. Им прочитаны курсы «Физика твердого тела», «Физические основы электронной техники», «Синергетика», «Теория оптимального управления экономическими системами», «Математические модели в экономике» и др.

Активная методическая работа кафедры заключается в разработке и обновлении методических указаний к лабораторным, практическим и самостоятельным работам. На кафедре информатики был разработан электронный учебник по дисциплине «Информатика», издается одноименный учебник.

Профессор В.И. Лебедев опубликовал более 180 работ в отечественных и иностранных научных журналах, в том числе учебные пособия, 1 монографию.

Владимир Яковлевич Мартене - преподаватель физики Ставропольского государственного технического университета, работая в коллективе ученых, возглавляемом В.И. Лебедевым, изобрел в 1999 году пушку, которая стреляет электронами. Эффект этого изобретения трудно переоценить, так как с его помощью можно вывести в передовые десятки предприятий Ставрополья. «Пушка Мартенса - это плазменный источник заряженных частиц. Плазма в несколько раз усиливает прочность различных деталей, в т. ч. режущего инструмента, поршневых колец, коленчатых валов²². Экономический эффект здесь очевиден, так как сверхпрочные изделия дольше служат.

Необходимо отметить, что пушка Мартенса окажется востребованной производителями различных приборов, телевизоров, видеомагнитофонов и другой аудиовидеотехники. В ходе экспериментальных работ было выяснено, что с помощью заряженных частиц можно чистить контакты плат и различные поверхности, напылять антикоррозные и износостойкие покрытия, сваривать тугоплавкие и активные металлы. Плазменный источник прекрасно зарекомендовал себя в порошковой металлургии - сформированные из металлических крупинок детали он делает монолитными²³.

Устроена пушка очень просто: под воздействием электрического заряда внутри нее образуется плазма. Светящийся поток распавшихся молекул какого-либо газа, например, воздуха, остается только направлять и регулировать. При протекании этого процесса необходимо соблюдать одно обязательное условие - процесс должен проходить в вакуумной камере, в противном случае ионы с электронами рассеяться в пространстве. Необходимо отметить, что подобные источники в мире высокоточного производства не являются открытием. Однако управление электронным пучком и регулирование его мощности удается не всем и не везде. Даже в США, Японии и других развитых странах нет подобного изобретения.

Экспериментальная установка, созданная по проекту Владимира Мар-тенса, находится в Томском Институте автоматизированных систем управления радиоэлектроники, где до приезда в Ставрополь работал ученый. Этот проект был выполнен по заказу предприятий авиационной и оборонной промышленности. Электронная пушка в Томске выполняет заказы оборонных предприятий Франции, Японии и Китая: в этих странах за ценой не стоят, понимая всю важность и ценность российской новинки.

Изобретение Мартенса известно в мировых научных кругах, он является действительным членом Нью - Йоркской Академии Наук. В Америке был подготовлен материал об ученом СтГТУ для шестнадцатого тома справочника биографий выдающихся людей мира.

Другим перспективным научным направлением, сложившимся на кафедре физики СевКавГТУ стали направления, развивающиеся под руководством профессора, доктора наук Б.М. Синельникова по темам «Исследование межфазных взаимодействий в системах различной химической природы» и «Педагогика высшей школы». Они ведут научно-методическую работу в области преподавания физики, постоянно совершенствуют формы и методы обучения студентов, разрабатывают новые информационные технологии для преподавания физики. Преподаватели кафедры физики активно участвуют в международных, республиканских, региональных и внутривузовских научных и научно-методических конференциях, результаты исследований публикуются в центральной и зарубежной печати. Достижения по целому ряду фундаментальных и прикладных направлений связаны с успехами в области поверхностно-чувствительных спектроскопических методов исследования поверхности, тонких плёнок и межфазных границ раздела. Достаточно лишь перечислить отрасли промышленности, в которых в той или иной мере используется анализ поверхности или межфазных границ раздела: машиностроение - механическая обработка, твердые сплавы, коррозия, окисление, усталостные отказы, износ; металлургия - азотирование, цементация, прокат, сварка, механическая обработка, очистка, порошковая металлургия; энергетика, в том числе газовая, хрупкость и износ бурового инструмента, коррозия, окисление, солнечные топливные элементы; электроника - тонкие плёнки, распределение легирующей примеси, барьерные слои, люминофоры. Ведущие фирмы давно и с успехом используют подобные спектрометры для решения прикладных задач, несмотря на высокую стоимость таких экспериментов.

В последнее время поверхностно-чувствительные методы получили новый импульс в развитии. Связано это, прежде всего, с применением персональных ЭВМ в управлении спектрометрами и обработке экспериментальных результатов. Это позволяет улучшить методы количественного и качественного элементарного анализа, а также производить сложные расчёты зонных структур. Кроме того, появляются новые методические приёмы и расширяются области практического использования методов в связи с получением аморфных и сверхпроводящих материалов, созданием соединений с особыми физическими свойствами и др. Всё это должно вызывать повышенный интерес к их практическому применению.

Преподаватели кафедры физики активно участвуют в международных, республиканских, региональных и внутривузовских научных и научно-методических конференциях: Международная конференция по люминесценции (Москва, 1994), III региональная конференция по микроэлектронике (Н. Новгород, 1996), Всероссийская научно-техническая конференция «Перспективные материалы и технологии для средств отображения информации» (Кисловодск, 1996), Международное совещание по спектроскопии (Воронеж, 1996), Региональная научно-техническая конференция «Вузовская наука -Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 1997), Всероссийская научно-техническая конференция «Новые технологии управления робототехниче-скими и автотранспортными объектами» (Ставрополь, 1997), II международная конференция «Химия высокоорганизованных веществ и научные основы нанотехнологий» (С.-Петербург, 1998), Научно-техническая конференция «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 1998), XXIX научно-техническая конференция по результатам работы ППС (Ставрополь, 1999), V региональная научно-техническая конференция «Вузовская наука-Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 2000), XXX научно-техническая конференция по результатам работы ППС (Ставрополь, 2000), VI региональная научно-техническая конференция «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 2001), XXXI научно-техническая конференция по результатам работы ППС (Ставрополь, 2001), Научно-методическая школа-семинар «Физика в системе инженерного образования России» (Москва, 2002), Вторая Всероссийская конференция «Химия поверхности и нанотехнология» (Санкт-Петербург, 2002), Международная научная конференция «Химия твердого тела и современные микро - и нанотехнологий» (Кисловодск, 2002), Девятая научно-техническая конференция «Вакуумная наука и техника» (Москва, МИЭМ, 2002), Научно-методическая конференция «Интеграция гуманитарных, фундаментальных и профессиональных знаний в образовании XXI века» (Новочеркасск, 2002).

Результаты исследований публикуются в центральной и зарубежной печати. К научной работе активно привлекаются не только студенты, но и старшеклассники в рамках Малой академии наук и УПК, результаты работ которых представляются на всероссийских научных конференциях школьников в городах Обнинск и Москва (Шестая Всероссийская конференция молодых исследователей «Шаг в будущее», Москва, 1999г).

Начало исследований в области физики Ставропольском сельскохозяйственном институте носило в большей степени прикладной характер, и было обусловлено насущными проблемами сельского хозяйства. Известно, что вопросам охраны окружающей среды уделяется большое внимание, как в нашей стране, так и за рубежом. Вместе с тем, в рамках этого направления остается ряд сложных в математическом отношении задач, связанных, в частности, с краткосрочным прогнозом распространения загрязняющих веществ в пограничном слое атмосферы, обусловленным их аварийными выбросами. Оперативное решение подобных прогностических задач требует разработки нестационарных моделей массопереноса в условиях турбулентной атмосферы и создания численных методов и алгоритмов решения соответствующих математических уравнений и их систем в ограниченно-временных интервалах. Проблема усложняется необходимостью решения обратных задач массо-теплопереноса в природной среде и разработке на их основе теории и методов оперативного контроля состояния пограничного слоя, т.е. дистанционного определения его основных параметров, необходимых при решении указанных прогностических задач.

С 1993 года заведующей кафедрой физики Ставропольского сельскохозяйственного института становится Стародубцева Галина Петровна. Галина Петровна с 1975 года работает в Ставропольком сельскохозяйственном институте на кафедре физики. В 1988 году прошла успешная защита диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по теме «Влияние предпосевной обработки семян в электрических полях на посевные качества и продуктивность подсолнечника». В ходе работ было выяснено, какая часть магнитной энергии поглощалась семенами при облучении их электромагнитным полем. Магнитный поток, упавший на поверхность какого-либо тела, частично поглощается им, частично отражается от его поверхности, а остальная часть проходит сквозь тело. Магнитная энергия, отраженная от тела или прошедшая сквозь него, не оказывает на него никакого действия, ее воздействия связаны с поглощением. В качестве устройства для предпосевной обработки семян используют постоянные магнитные поля напряженностью от 60 до 400 Гс, что в пересчете на магнитную индукцию составляет от 6 до 40 мТл.

В 1989 году Стародубцева была избрана доцентом кафедры физики, а с 1993 года стала заведующей этой кафедры. В 1998 году, после того как защитила диссертацию на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук по теме: «Повышение посевных, урожайных качеств семян и адаптивных свойств сельскохозяйственных культур», была избрана профессором кафедры физики. Она осуществляла руководство пятью аспирантами и двумя соискателями, четверо из них защитили кандидатские диссертации, регулярно выступала с докладами на международных, Российских и региональных конференциях. Г.П. Стародубцева имеет 152 научных публикации, в том числе 115 статей и 3 учебных пособия под грифом Главного управления высших заведений Министерства сельского хозяйства и продовольствия РФ, 2 статьи за рубежом в научных журналах. В настоящее время является заведующей кафедрой физики СГСХА и руководителем аккредитованной учебно-научной испытательной лаборатории. Лаборатория служит научно-экспериментальной базой для дипломников, аспирантов, соискателей, докторантов. Агрофизическая лаборатория Ставрополькой Государственной сельскохозяйственной академии предлагает более совершенные отечественные установки, которые по своим параметрам превосходят зарубежные, т. к. используют переменное во времени и градиентное в пространстве рабочей камеры магнитное поле, генерируемое переменным током промышленной частоты.

Магнитная обработка по сравнению с другими методами не сопряжена с трудоемкими, дорогостоящими и нередко вредными для здоровья обслуживающего персонала операциями как, например, при химической, радиоактивной или электрической обработке, и является весьма технологичным, малоэнергоемким, экологически чистым и легко автоматизированным процессом. Агрофизическая лаборатория выполняет на хоздоговорной основе по техническим условиям заказчика НИОКР по разработке и изготовлению устройств различной производительности для обработки семян с учетом последних достижений отечественного и зарубежного опыта. По результатам исследований, полученных в лаборатории, защищено на сегодняшний день 15 кандидатских диссертаций и выполняется 18. Госстандартом России лаборатории дано право наряду с выполнением анализов на коммерческой основе заниматься учебно-консультационной деятельностью, при ней организовано более 20 курсов обучения и повышения квалификации работников среднего звена и рабочих массовых профессий, поэтому и студенты имеют возможность на базе УНИЛ получить дополнительную специальность.

Благодаря большой работоспособности, увлеченности молодого коллектива лаборатории под руководством профессора Галины Петровны Ста-родубцевой достигнуты значительные результаты при выполнении хоздоговорных тем, по заказу министерства сельского хозяйства Ставропольского края с хозяйствами и организациями. Удается проводить и обучение студентов и слушателей курсов на самом современном уровне с использованием новейшего оборудования, методических материалов, компьютерной и оргтехники. Оборот средств по лаборатории в 2002 г. составил около четырех миллионов рублей.

Задачи перестройки связывались с разработкой комплекса проблем, связанных с переходом к демократическому социализму, рыночной экономике, обновлению федерации. Одновременно ставились задачи ускорения социально-экономического развития страны, научно-технического прогресса, освоения новых технологий, повышения технической оснащенности рабочих мест, уровня механизации и автоматизации производственных процессов. Для решения поставленных задач необходимы были новейшие достижения в науке и технике, что возможно было лишь при создании научных групп ученых.

В связи со сложившейся ситуацией в стране, на Ставрополье начинается активное формирование научных групп. В аграрном секторе экономики Ставрополья разработки ученых позволили заметно увеличить урожайность полей. В начале 90-х гг. была создана учебно-научная испытательная лаборатория, руководителем которой является Г.П. Стародубцева, в лаборатории занимались проблемами предпосевной обработки семян. Агрофизическая лаборатория предложила более совершенные отечественные установки, которые по своим параметрам превосходили зарубежные.

Однако с активным развитием научно-технического прогресса и появлением все более смертоносного оружия возникли новые угрозы для всего человечества, связанные с экологическими катастрофами. С возникновением новой проблемы на Ставрополье появился ряд научных направлений, связанных с изучением и наблюдением атмосферы. Под руководством таких известных ученых, как И.Э. Наац, Е.А. Семенчин, Л.Г. Каплан были организованы межвузовские научные исследования атмосферы в разных аспектах. Все эти исследования в полном объеме дают наиболее точную картину сегодняшнего состояния атмосферы, а полученные математические модели позволяют представить возможные изменения в ближайшем будущем и не только. Работы многих ученых известны за рубежом, в значительной степени благодаря межвузовской интеграции наука на Ставрополье перестала носить провинциальный характер, а в некоторых случаях вышла за пределы страны. Исследования атмосферы проводились под руководством профессора Сев-КавГТУ В.И. Лебедева и были подтверждены Грантом Госкомитета Российской Федерации по делам науки и Высшей школы. Свыше семи монографий, более десяти авторских свидетельств были получены ставропольскими учеными за десять лет, что является свидетельством активного развития науки на Ставрополье.

Необходимо отметить, что активное развитие науки проходило в период качественного изменения образовательных систем. Переход к университетскому образованию позволил перейти к многоуровневой системе фундаментального образования по каждому укрупненному направлению современной науки.

Раздел 4. Появление математических научных направлений на Ставрополье в 1990 г.

Известно, что вопросам охраны окружающей среды уделяется большое внимание, как в нашей стране, так и за рубежом. Вместе с тем в рамках этого направления остается ряд сложных в математическом отношении задач, связанных в частности с краткосрочным прогнозом распространения загрязняющих веществ в пограничном слое атмосферы, обусловленного их аварийными выбросами. Оперативное решение подобных прогностических задач требует разработки нестационарных моделей массопереноса в условиях турбулентной атмосферы и создания численных методов и алгоритмов решения соответствующих математических уравнений и их систем в ограниченно-временных интервалах. Проблема усложняется необходимостью решения обратных задач массо-теплопереноса в природной среде и разработки на их основе теории и методов оперативного контроля состояния пограничного слоя, т.е. дистанционного определения его основных параметров, необходимых при решении указанных прогностических задач. Разработка научного направления «Математическое моделирование явления переноса загрязняющих веществ применительно к проблеме экологического мониторинга окружающей среды» осуществляется сотрудниками кафедры СевКавГТУ под руководством профессора Нааца И.Э.

Зав. кафедрой профессор Наац И.Э., работал в СевКавГТУ с 1989 года в начале в должности зав. кафедрой высшей математики. До перехода в Ставропольский государственный политехнический институт Наац И.Э. около двадцати лет работал старшим научным сотрудником, а затем заведующим теоретической лаборатории института Оптики атмосферы СО АН в г. Томске. Результаты расчетно-теоретических исследований по обратным задачам оптики атмосферы и теории интерпретации оптических локационных сигналов, полученные Наацем И.Э. и его сотрудниками до 1979 года, были опубликованы в его монографии «Теории многочастотного лазерного зондирования атмосферы» (Изд-во Наука, СО АН, Новосибирск, 1980).

В книге излагались основы теории интерпретации данных многочастотного лазерного зондирования аэрозольных образований в атмосфере и вопросы создания на ее основе многоцелевых лидеров для дистанционного контроля экологического состояния атмосферы.

Построение теории зондирования потребовало разработки методов численного решения систем интегральных уравнений первого рода и функциональных нелинейных уравнений. Впервые в прикладные задачи, связанные с интерпретацией оптических сигналов, автором были введены интегральные уравнения в форме интеграла Стилтьеса. Математическая часть монографии докладывалась на семинаре сектора «Некорректных математических задач» в ВЦ СО АН, возглавляемого академиком М.М. Лаврентьевым, и получила высокую оценку.

В последующие два года Наац И.Э. завершает построение теории поляризационного лазерного зондирования рассеивающих дисперсных сред и основ построения лидеров по бистатической схеме зондирования. Результаты этих и предшествующих исследований публикуются им в следующей монографии, написанной им совместно с академиком Зуевым В.Е. «Обратные задачи лазерного зондирования атмосферы»²⁴. Книга сразу же переводится на английский язык и издается в ФРГ в издательстве Шпрингер-Ферлаг в серии «Оптические науки» т. 29. Сопутствующие изданию монографии отзывы в физических журналах дают ей высокую оценку.

Последующие исследования Нааца И.Э. связаны с решением задач теории интерпретации оптических сигналов, получаемых при распространении волн оптического и ИК диапазонов в реальной атмосфере. Речь идет о задаче разделения компонентов молекулярного и аэрозольного рассеивания, определении полей метеопараметров средствами оптического зондирования (пассивного и активного), решении обратных задач оптики атмосферы с учетом эффектов нелинейного воздействия оптического излучения с рассеивающими средами. Полученные в этом направлении результаты послужили основой третьей монографии Нааца И.Э. «Метод обратной задачи в атмосферной оптике»²⁵.

С 1986 г. научные интересы Нааца И.Э. лежат в области теории оптического мониторинга атмосферы, основанного на совместном применении средств космического и наземного зондирования. К наиболее важным результатам следует отнести разработку метода интегральных уравнений для определения альбедо подстилающей поверхности по спутниковым измерениям рассеянной солнечной радиации в атмосфере, методы качественного анализа и интерпретации оптических характеристик светорассеяния в случае их представления интегралами, а также характеристик молекулярного поглощения. Цикл атмосферно-оптических исследований был завершен публикацией монографии «Обратные задачи оптики атмосферы» (совместно с академиком Зуевым В.Е.) изданной в издательстве Гидрометеоиздат в 1990 году в серии «Современные проблемы атмосферной оптики» т.7. В Ставропольском государственном политехническом университете Наац И.Э. наряду с преподавательской деятельностью продолжает вести научно-исследовательскую и организационную деятельность. Его научные интересы связаны с проблемами математического моделирования в прикладных исследованиях и, прежде всего, в математической экологии, мониторинге окружающей среды и создании научных основ построения систем дистанционного оперативного контроля полей концентрации загрязняющих веществ.

По результатам исследований прошлых лет опубликована в 1995 г. монография «Математическое моделирование динамики пограничного слоя атмосферы в задачах мониторинга окружающей среды»²⁶. В монографии кратко рассмотрены физические основы математического моделирования явления переноса веществ в пограничном слое атмосферы и предложены оценки его характеристики в рамках статистического подхода. На основе системы уравнений, описывающих динамику пограничного слоя атмосферы, разработана структура решающего алгоритма, позволяющего провести оценочные расчеты скорости ветра. В монографии проведен анализ вычислительных схем и в частности рассмотрены вопросы существования и единственности соответствующих решений. Список научных работ Нааца И.Э. включает 6 монографий, 6 авторских свидетельств, 107 публикаций в центральной печати и тематических сборниках, опубликовано около 90 тезисов докладов, прочитанных на всесоюзных и международных конференциях. За успешное выполнение прикладной тематики он в 1986 году награжден орденом Знака Почета. Является действительным членом Международной Академии Информатизации.

И.Э. Наац стал создавать исследовательский коллектив на кафедре математики СевКавГТУ по указанному направлению. Прежде всего, была открыта аспирантура по направлению «Теоретические основы математического моделирования. Численные методы и комплексы программ», ведется работа над докторскими диссертациями под руководством профессора Нааца И.Э. В 1998 году была защищена одна докторская диссертация, и к настоящему моменту подготовлены две кандидатские диссертации. Всего сотрудниками и аспирантами кафедры опубликовано более 150 научных работ в сборниках и трудах конференций. За последнее время состав кафедры пополнился молодыми специалистами и аспирантами. Много сил и внимания продолжают уделять организации учебного процесса и воспитательной работе со студентами доценты: Иванова Е.Ф., Исаев Г.Н., Матвеев Ю.Т., Щедрина Р.Н., Денисенко Т.И., Бутова СБ., Сербина Л.И.; старшие преподаватели Бочкова Ю.А., Дудник А.А., Крон В.Н., Мацукатова СИ. и другие.

Результаты деятельности кафедры становятся заметными и получают высокую оценку в научном сообществе, о чем свидетельствует участие сотрудников кафедры в научных конференциях различного уровнях. Следует упомянуть такие конференции, как: XXXI научно-техническая конференция; III Международная конференция «Циклы»; IV и V региональные научно-технические конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону»; «Социально-экономические проблемы развития потребительской кооперации»; Научная конференция «Студенческая наука - экономике России»; Международная школа-семинар по геометрии и матанализу памяти Н.В. Ефимова.

Исследования И.Э. Нааца и созданного им коллектива находят практическое применение в хозяйстве, в разработке методик оценки возможных масштабов загрязнения атмосферного воздуха и подстилающей поверхности в экстремальных ситуациях; расчета концентрации загрязнений на подстилающей поверхности, обусловленной выпадением тяжелой примеси из атмосферы; аппроксимации полей концентрации загрязнений подстилающей поверхности по данным выборочных измерений; оценки скорости продвижения фронта загрязненных вод в грунтах применительно к проблеме охраны чистоты подземных источников питьевой воды. Кроме того, ведется научно-исследовательская работа по направлению «Математическое моделирование явления переноса загрязняющих веществ, применительно к проблеме экологического мониторинга окружающей среды».

В Ставропольском сельскохозяйственном институте в 1955 г. как самостоятельная кафедра выделилась кафедра математики, заведующим которой стал Иван Иванович Мамаев. Из 16 штатных преподавателей кафедры: 9 -кандидатов наук, доцентов и 5 внештатных преподавателей. Все сотрудники кафедры проводили работу по совершенствованию методики организации работы студентов на занятиях математики. Отрабатывали практические решения задач, связанных с будущей профессией студентов, учебный материал максимально насыщали теоретическими сведениями и фактами из спецдисциплин. В курсе математики использовались задачи из повседневной практики сельскохозяйственного производства, а также приводились примеры из общетехнических, экономических и специальных дисциплин. Повышение эффективности преподавания осуществлялось путем использования аудиовизуальных и других технических средств обучения. Развивались навыки самостоятельной работы студентов через организацию научно-исследовательской работы студентов и участие в работе действующих математических кружков²⁷.

Основными направлениями научно-исследовательской работы кафедры математики Ставропольского государственного аграрного университета являются: «Прогнозирование развития и размещения сельскохозяйственного производства региона с использованием экономико-математических методов» и «Совершенствование содержания форм и методов преподавания математики». В рамках данных направлений за последние пять лет защищена одна докторская диссертация и четыре кандидатские диссертации, изданы 7 монографий, 39 методических указаний. Оборот средств по работе лаборатории в 2002 г. составил около четырех миллионов рублей.

Начиная с 1999 года, в Ставропольском государственном университете возникает новое научное направление «Математическое моделирование процессов рассеивания примесей в атмосфере», научным руководителем которого становится доктор физико-математических наук, профессор Евгений Андреевич Семенчин.

Научные исследования проводятся по следующим направлениям: аналитические, численные методы решения краевой задачи, описывающей рассеяние примесей в атмосфере; обратные задачи в проблеме рассеяния примесей в атмосфере; вероятностные применения метода к проблеме рассеяния примесей в турбулентной атмосфере.

В данной области уже имеются некоторые результаты. Получены аналитические решения краевой задачи, описывающей рассеяние примесей в атмосфере при постоянной скорости ветра и вертикальном коэффициенте турбулентной диффузии зависящей от высоты z . Эта же задача исследована численными методами для случаев, когда и скорость ветра и коэффициенты турбулентной диффузии вдоль осей ox, оу, oz зависит от высоты. Производились обобщения указанной выше модели рассеяния примесей.

С помощью методов теории оптимальной фильтрации случайных процессов изучались вопросы прогноза рассеяния примесей в атмосфере, исследовались обратные задачи для точечных и линейных источников примесей мгновенного и непрерывного действия по данной тематике.

В марте 2002 года прошла успешная защита кандидатской диссертации Е.В. Крахоткиной по теме «Математическое моделирование диффузионных процессов в пористых средах (на примере мышечной ткани)» . Данная задача была сформулирована по результатам исследований технологов мясного производства. Научными руководителями Елены Васильевны были зав. кафедры прикладная математика Е.А. Семенчин, и кандидат технических наук, доцент, зав. кафедры машинных аппаратов пищевых производств А.А. Борисенко.

В ходе работ был исследован с использованием средств математического моделирования процесс струйного моделирования мышечной ткани поперек направления волокон. Создана математическая модель процесса диффузии, учитывающая изменение давления в зоне накопления. Аналитическими методами построена функция перераспределения давления компонентов рассола р (t, х, у, z) в мышечной ткани (как аналоге пористой среды). Для найденной функции перераспределения давления компонентов рассола предложена методика расчета ее значений при изменении начального давления в зоне накопления при инъецировании пористой среды рассолами различного состава. Получены формулы для оценки остаточного члена при вычислении значений функции перераспределения давления p(t,x,y,z), представленной в виде p(t,x,y,z) = p₁(t,x)-p₂{t,y)-p₃(t,z), если p_x{z,x), p₂(t,y), p₃(t,z) аппроксимированы числовыми рядами вида с конечным числом слагаемых²⁹.

Разработана методика для расчета объема начальной зоны накопления рассола при струйном инъецировании мышечной ткани поперек направления волокон. Предложена обобщенная формула для расчета количества рассола v, вводимого в пористую среду за одну инъекцию. Представлена методика расчета момента первого времени соприкосновения t двух соседних зон накопления рассола. Найдена функциональная зависимость t от скорости перераспределения компонентов рассола v в мышечной ткани.

Конечно-разностными методами (метод сеток и метод прогонки) найдено решение уравнения пъезопроводности в замкнутой области, представляющей собой эллипсоид вращения. Построенная функция перераспределения давления может быть использована для определения минимального времени распределения компонентов рассола в мышечной ткани после ее инъецирования, что позволяет ускорить технологические процессы посола и механические воздействия на мясное сырье после инъецирования многокомпонентными рассолами. Для численного решения всех перечисленных выше задач были разработаны алгоритмы и программы.

На основе полученных результатов были получены два акта о внедрении: в учебный процесс СевКавГТУ, и в производство продукции из мяса птицы.

Под руководством Владислава Яковлевича Стеценко, с 1990 г. организуются работы в Ставропольском политехническом институте по научному направлению «Теория операторных уравнений». В 1995 году с приходом В.Я. Стеценко на физико-математический факультет в СГУ работы по данному направлению продолжились.