АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ ФРАКТАЛЬНЫХ, СТАТИСТИЧЕСКИХ И КИНЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ГЕТЕРОАННИГИЛЯЦИИ ЧАСТИЦ НА СМОДЕЛИРОВАННОЙ СТРУКТУРНО-НЕОДНОРОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
DOI:
https://doi.org/10.31489/2023No3/80-87Ключевые слова:
гетероаннигиляция, фрактальная кинетика, фрактальная размерность, структурно-неоднородная поверхность, мультифрактальный анализ, вероятность взаимодействияАннотация
При изучении механизмов взаимодействия частиц на структурно-неоднородных поверхностях, влияния морфологии поверхности, распределения взаимодействующих частиц и их подвижности на механизмы протекающих процессов широко применяются различные модельные подходы. В работе представлены результаты сравнения и сопоставления кинетических, статистических и фрактальных параметров, изменяющихся в процессе гетероаннигиляции частиц, распределенных хаотически и мультифрактально на смоделированной структурно-неоднородной поверхности. Для имитации сложного поведения частиц во времени и в пространстве в процессе гетероаннигиляции при изменении их подвижности по поверхности и различных вероятностях взаимодействия, применялся метод вероятностного клеточного автомата IV класса. На основании результатов моделирования показано, что вероятность взаимодействия, начальное распределение и подвижность взаимодействующих частиц оказывают влияние на формирование кинетических режимов на разных итерациях процесса гетероаннигиляции. Установлено, что понижение подвижности взаимодействующих частиц приводит к более длительному сохранению в системе пространственной неоднородности. Увеличение подвижности взаимодействующих частиц и вероятности их взаимодействия увеличивает скорость изменения фрактальной размерности и скоростные коэффициенты кинетики гетероаннигиляции. Уменьшение фрактальной размерности при гетероаннигиляции сопровождается уменьшением асимметрии и увеличением эксцесса, характеризующими форму и степень симметричности распределения взаимодействующих частиц. При этом, большие значения асимметрии и эксцесса указывают на значительное отклонение от нормального распределения взаимодействующих частиц по поверхности.
Библиографические ссылки
Vertyagina Y., Marrow T.J. Multifractal-based assessment of Gilsocarbon graphite microstructures. Carbon, 2016, Vol. 109, pp. 711 – 718. doi:10.1016/j.carbon.2016.08.049.
BodunovE.N. Kinetics of luminescence attenuation of nanocrystals: physical models and approximation by the sum of three exponents. Optics and spectrosc., 2023, Vol.131, pp.100-103. doi.10.21883/OS.2023.01.54545.91-22.
MwemaF., Tien-Chien J. Statistical and Fractal Description of Defects on Topography Surfaces. MATEC Web of Conferences, 374, 01001 (2023) ICARAE2022. doi. 10.1051/MATECCONF.2023.37401001.
Bryukhanov V.V., et al. Effect of Temperature on the Rate of Triplet–Triplet Annihilation of 1,2-Benzanthracene in a Polymer Matrix. Journal of Applied Spectroscopy, 2004, Vol. 71, pp. 54– 59. doi:10.1023/ B:JAPS.0000025348
BaktybekovK., KarstinaS., Vertyagina E., Myrzakhmet M., Akimbekov E. Dependence of accumulated luminosity of thermostimulated luminescence on type of the electron–hole center distribution in a crystal. Journal of Luminescence, Vol. 122-123, 2007, pp. 374 – 376. doi:10.1016/j.jlumin.2006.01.194.
Karstina S.G., Markova M.P., Bryukhanov V.V. Homo- and Heteroannihilation of Triplet-Excited Bengali Rose and Anthracene Molecules on Silica in a Wide Temperature Range. Journal of Applied Spectroscopy, 2003, Vol. 70, pp. 733–739, doi: 10.1023/B:JAPS.0000008871.70120.d4.
BagnichS.A.. Migration of triplet excitations of complex molecules in disordered media and in systems with limited geometry. Solid State Physics, 2000, Vol. 42, pp. 1775-1801. https://doi.org/10.1134/1.1318866.
PituliceaL., Vilasecad E., IsvoranaA., et al. Aspects Of Fractal Kinetics Of Enzymatic Reactions By Monte Carlo Simulations. Annals of West University of Timisoara Series Chemistry, 2011, Vol. 20(2), pp. 95 –104.
Grima R., Schnell S. A systematic investigation of the rate laws valid in intracellular environments. Biophys. Chem., 2006, Vol. 24, pp. 1 – 10, doi: 10.1016/j.bpc.2006.04.019.
Grima R. Schnell S. How reaction kinetics with time-dependent rate coefficients differs from generalized mass action. Chem.phys.chem., 2006,Vol. 7, pp. 1422 – 1424. https://doi.org/10.1002/cphc.200600081.
Turner T.E., Schnell S., Burrage K. Stochastic approaches for modeling in vivo reactions.Comput. Biol. And Chem., 2004, Vol. 28, pp. 165 – 178. doi: 10.1016/j.compbiolchem.2004.05.001.
Kopelman R. Fractal reaction kinetics. Science, 1988, Vol. 241, pp. 1620 – 1626. doi:10.1126/science.241.4873.1620.
Schnell S., Turner T.E. Reaction kinetics in intracellular environments with macromolecular crowding: simulations and rate laws. Progress in Biophysics and Molecular Biology, 2004, Vol. 83, pp. 235-260, doi: 10.1016/j.pbiomolbio.2004.01.012.
Zhdanov V.P. Simulation of enzymatic cellular reactions complicated by phase separation. Physical Review E, 2000, Vol. 63, pp. 0119081 – 0119086. doi:10.1103/PhysRevE.63.011908.
Isvoran A., Vilaseca E., Ortega. F., et al. About implementing a Monte Carlo simulation algorithm for enzymatic reactions in crowded media. JSCS, 2006, Vol. 71, pp. 75 – 86. doi:10.2298/JSC0601075I.
Isvoran A., Unipan L. Fractal kinetics of enzymatic reactions in three dimensional crowded media. A computational study. Annals of West University of Timişoara, Series of Chemistry, 2007, Vol. 16, pp. 121 – 126.
Berry H. Monte Carlo simulations of enzyme reaction in two dimensions: Fractal kinetics and spatial segregation. Biophysical J, 2002, Vol. 83, pp. 1891 – 1902. doi: 10.1016/S0006-3495(02)73953-2.
Zelenyi L.M., Milovanov A.V. Fractal topology and strange kinetics: from percolation theory to problems in cosmic electrodynamics. Successes of physical sciences, 2004, Vol. 174, No. 8, pp. 809– 852, doi:10.1070/PU2004v047n08ABEH001705.
Nečas D., Klapetek P. Gwyddion: An open-source software for SPM data analysis, Cent. Eur. J. Phys, 2012, 10(1), pp. 181-188. https://doi.org/10.2478/s11534-011-0096-2.
BozhokinS.V., Parshin D.A.Fractals and multifractals. Moscow-Izhevsk, 2001, 128 p.[in Russian].
Karstina, S.G., et al. Analysis of the Luminescence Decay on the SiO2 Surface at Different Temperatures within the Multifractal Formalism. Russ Phys. 2005, 48, pp. 553–558. doi:10.1007 /s11182-005-0169-z.
Karstina, S.G. Computer Modelling and Description of Stablemolecular Cluster Formation Dynamics in Dispersion Matrix Using Multifractal Analysis. Eurasian phys. tech. j., 2017, Vol. 14, No. 2(28), pp. 27-30.
Karstina S.G., Baktybekov K.S., Baratova A.A. Thermodynamical and Kinetical Formation’s Conditions of Firm Fractal Structures on the Surface. Nonlinear world, 2007, No. 3 (5), pp. 133-138.
Kucherenko M.G., Ignatiev A.A. Kinetics of diffusion-dependent annihilation of quasiparticles on fractals under conditions of their correlated initial distribution. Electr. scientific journal "Researched in Russia", 2006, 138p.
Fan J., Wang L., LiuF., LiuZ., LiuY., Zhang S. Model of Moisture Diffusion in Fractal Media. Thermal science, 2015, Vol. 19, No. 4, pp. 1161– 1166. doi:10.2298/TSCI1504161F.
Popov A.A., Lee S.C., Kuksa P.P., et al. Parallel Algorithm for Large Fractal Kinetic Models with Diffusion. Biorxiv, 275248. doi: 10. 1101/275248.
Ben-Avraham D., Havlin S. Diffusion and reactions in fractals and disordered systems. Cambridge University Press, London, 2000, 316 p. https://doi.org/10.1017/CBO9780511605826.
