Архив статей журнала
Разработана методика компьютерного моделирования трехмерных электронно-оптических систем (ЭОС) формирования винтовых электронных пучков (ВЭП) с неоднородным по азимуту распределением плотности тока эмиссии, предназначенных для использования в существующих и перспективных новых вариантах гиротронов. Методика позволяет впервые учесть влияние неоднородного распределения плотности тока эмиссии совместно с учетом тепловых скоростей электронов, шероховатостей эмитирующей поверхности и трехмерными возмущениями геометрии ЭОС. Алгоритм траекторного анализа основан на специальном задании стартовых условий для эмитируемых с катода частиц, последующем численном расчете электронных траекторий с помощью комплекса программ CST Studio Suite и далее специфической для систем формирования ВЭП методике расчета их параметров, пригодной для последующего расчета электрон-волнового взаимодействия и КПД прибора. Приведены результаты прямого численного моделирования систем с различными вариантами нарушений азимутальной симметрии плотности тока эмиссии.
Методом импульсного лазерного напыления получены поликристаллические тонкие полупроводниковые плёнки смешанного состава In2O3–Ga2O3 с различным соотношением компонент. Исследованы морфология поверхности, электрофизические и газочувствительные свойства полученных плёнок. По температурным зависимостям сопротивления данных плёнок определены энергии активации их проводимости. Исследованы температурные зависимости отклика сопротивления плёнок на ацетон, этанол, аммиак и смесь пропан-бутан. Объяснено наличие на температурных зависимостях газового отклика сопротивления плёнок в диапазоне температур 300–500 оC участка со значениями меньше единицы в случае наличия в газовой фазе аммиака. По температурным зависимостям отклика сопротивления плёнок определены энергии активации отклика в низкотемпературной и высокотемпературной областях. Изучены зависимости отклика сопротивления плёнок от концентрации исследуемых газов. Установлено, что в качестве перспективного материала чувствительных слоев газовых сенсоров могут рассматриваться плёнки состава 50%In2O3–50%Ga2O3.
В работе представлена физическая аналитическая компактная модель МОП-транзистора, работающего от комнатной до глубоко криогенной температуры, основанная на линеаризации заряда инверсионного слоя. Показано влияние вымораживания подложки и ионизации примеси, индуцированной полем, на электростатику транзистора. Температурное масштабирование ядра модели было получено с использованием точных уравнений для ширины запрещенной зоны, эффективной плотности состояний, уровня Ферми, энергии ионизации. Основное соотношение для инверсионного заряда с внешними напряжениями было дополнено эффектом неполной ионизации. Выведено уравнение для тока канала через инверсионные заряды, и расчеты были подтверждены с помощью приборно-технологического модели-рования в TCAD.
В работе предложен метод цифровой коррекции выходных сигналов многорядных инфракрасных (ИК) фотоприемных устройств (ФПУ), осуществляющих регистрацию малоразмерных объектов. Метод позволяет скорректировать форму импульсного отклика, искаженного в результате высокочастотной фильтрации внутри ФПУ, и повысить отношение сигнал/шум. Проведено сравнение метода, представленного в данной работе с методом согласованной фильтрации, и показана эффективность предложенного метода для уменьшения числа дефектных «аномально шумящих» каналов ФПУ. Исходными данными для расчетов служат изображения, полученные в результате стендовых испытаний ФПУ в режиме регистрации малоразмерного объекта при сканировании.
Исследовано воздействие тлеющего разряда атмосферного давления на поверхностные свойства семян зерновых культур. Показано, что плазменная обработка позволяет значительно улучшить контактные свойства поверхности семян и получить низкие значения краевых углов смачивания. Воздействие на оболочку семени неравновесной плазмы тлеющего разряда атмосферного давления приводит к модификации поверхности семени, заключающееся в проявлении на поверхности семени мелкоячеистой сетчатой структур. При увеличении длительности воздействия или мощности разряда эффекты травления на поверхности семени усиливаются, но при этом скорость прорастания семян не увеличивается с интенсификацией параметров обработки.
В статье приведен обзор последних достижений в области генерации и исследования пучковой плазмы, получаемой при ионизации газа стационарным низкоэнергетичным пучком электронов в форвакуумном диапазоне давлений (1–100 Па). Представлены особенности взаимодействия стационарного электронного пучка c создаваемой им плазмой при его транспортировке в вакуумной камере большого объема, а также результаты исследования параметров плазмы, создаваемой при инжекции электронного пучка в сосуд с диэлектрическими стенками. Показано, что в зависимости от параметров электронного пучка, давления и рода газа возможно создание условий коллективного взаимодействия с зажиганием пучково-плазменного разряда, отличающегося повышенным значением концентрации и температуры плазменных электронов.
Дан обзор новых наиболее интересных результатов, представленных на ежегодной «XLVI Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу», состоявшейся с 18 по 22 марта 2019 года в городе Звенигороде Московской области. Проведен анализ развития и достижений основных направлений исследований в области физики плазмы в России и их сравнение с работами за рубежом.
В работе представлены резонансные измерительные системы для ближнепольной СВЧ-томографии биологических тканей. Рассмотрены особенности их конструкции и описана методика глубинного подповерхностного зондирования. Изучен эффект «прижима», характеризующийся зависимостью показаний ближнепольного измерительного датчика от силы его давления на поверхность биообъекта. Найдены конструктивные решения, позволяющие свести к минимуму негативное влияние «прижима» путем использования зондирующего элемента в виде краевой емкости цилиндрического конденсатора, внешняя обкладка которого оканчивается металлическим фланцем. Представлена электродинамическая модель измерительной системы. Изучены импедансные свойства зондирующего элемента в виде краевой емкости цилиндрического конденсатора с металлическим фланцем, контактирующей с поверхностью однородного и неоднородного по глубине полупространства. Разработана схема решения обратной задачи для системы датчиков с разными глубинами зондирования применительно к модели плоскослоистой среды. Проведена экспериментальная апробация резонансных измерительных систем и развитого математического аппарата на примере задачи по обнаружению контрастных локализованных образований (неоднородностей) в однородной проводящей среде.
Представлен обзорно-аналитический материал по инфракрасным источникам излучения на примерах моделей абсолютно черного тела (АЧТ). Рассмотрены вопросы появления понятия абсолютно черного тела с первых работ Кирхгофа. Отмечены уникальные свойства моделей АЧТ, связанные с тем, что все спектральные радиационные характеристики определяются только температурой и не зависят от других параметров системы, а также то, что все спектральные распределения для АЧТ соответствуют максимально возможному тепловому излучению при заданной температуре. Рассмотрены полостные модели излучающей поверхности, особенности нагрева излучателей, модели АЧТ на температурах фазовых переходов, модели АЧТ с жидкометаллической тепловой трубой, протяженные модели АЧТ. Представлены требования к параметрам излучения АЧТ для аппаратуры космических систем, метрологической аппаратуры, имитационно-моделирующих инфракрасных стендов.
В процессе изучения механизмов влияния структурных дефектов на свойства оксида иттрия (в условиях термического и электрического воздействия в интервале температур 25–1800 оС в вакууме) в структуре при 500 оС обнаружен фазовый переход первого рода, при котором происходит смещение структурных анионных вакансий в междоузлия решетки и появление неупорядоченной фазы типа С1. Энергия этого перехода равна 0,89 эВ. В интервале температур 500–1100 оС в оксиде иттрия происходит постепенный фазовый переход второго рода упорядоченной кубической типа С в неупорядоченную типа С1. Обнаруженные фазовые превращения сопровождаются различием типа проводимости носителей заряда. Ионная проводимость зарядов в структуре оксида иттрия существует до 500 оС, причём с энергией проводимости зарядов 2,853 эВ. В оксиде иттрия в интервале температур 500–1100 оС существует смесь двух типов проводимости – ионная и электронная. Электронная проводимость сохраняется в интервале температур 1100–1500 оС. Энергия электронной проводимости 1,646 эВ.
В интервале температур 1500–1800 оС происходит изменение химического состава оксида по содержанию кислорода, которое приводит к появлению новых структурных анионных вакансий. Эти вакансии приводят к появлению моноклинной фазы типа В1, увеличению электрического сопротивления оксида и повышению энергия проводимости зарядов до 1,821 эВ. Аналитическим и графическим методами определены размеры радиусов катиона иттрия, кислорода и анионной вакансии. Моделирование структуры атомов в оксиде иттрия при нагреве и наложение электрического поля в вакууме для каждого типа проводимости позволило рассчитать вероятности перехода проводимости, определить концентрацию и подвижность носителей заряда и наблюдать их изменения, которые связаны с влиянием дефектов. Математическая модель восстановления оксида иттрия позволяет объяснить устойчивость неупорядоченной структуры типа С1 в смеси с моноклинной фазой после охлаждения образцов до 25 оС.
Представлены результаты экспериментального исследования фотоокисления примесей сероводорода (8–20 мг/м3) и формальдегида (3–7 мг/м3) в воздухе ультрафиолетовым излучением с длинами волн 184,95 и 253,65 нм при давлении 1 атм, начальной температуре 20 оС и относительной влажности воздуха 90 %. Создана модель для численного моделирования фотоокисления сероводорода и формальдегида в смеси с влажным воздухом. Кинетическая схема состоит из 7 и 4 фотохимических ре-акций, инициируемых квантами излучения на длинах волн 184,95 и 253,65 нм соответственно, и 43 индивидуальных обратимых химических реакций с участием 29 химических частиц (атомов, радикалов и молекул). Результаты численного моделирования хорошо согласуются с экспериментальными данными.
Использование технологических лазеров имеет значительное преимущество при обработке композиционных материалов (КМ) по сравнению с традиционными механическими видами обработки. Тем не менее, некоторые проблемы возникают из-за разницы в тепловых свойствах различных компонентов композита. В случае углеродных КМ волокна и матрица имеют очень разные времена испарения, поэтому, когда матрица достигает своей точки кипения (~773 К), волокна по-прежнему не подвержены воздействию ( 3573 К), что приводит к возникновению зоны термического воздействия (ЗТВ). В этой статье рассматривается влияние основных пара-метров лазерной резки КМ, таких как время взаимодействия, мощность и длина волны лазера. Показано, что эффективность и качество лазерной обработки существенным образом зависит от способности материала поглощать энергию лазерного излучения.