Статья: Исследование коаксиальных инжекторов для создания импульсных плазменных струй в электромагнитном ускорителе (2022)

Приведены результаты исследования взаимосвязи световых характеристик цезиевого импульсно-периодического разряда с режимами электрического питания газоразрядной лампы. Разработано техническое решение генератора коротких (10 мкс) биполярных импульсов тока в виде серии из нескольких импульсов с регулируемыми паузами между сериями, на котором проведено сопоставление характеристик импульсно-периодического разряда с параметрами лампы в режимах одиночных импульсов длительностью, соответствующей временной протяженности серии. В случае импульсно-периодического разряда с биполярными импульсами установлено, что достигнутое значение светоотдачи  = 50 лм/Вт существенно ниже максимума  (63 лм/Вт), полученного при работе лампы в режиме одиночных импульсов с пиковым током 40 А.

В то же время показано, что при одинаковых пиковых значениях тока (20 А) зависимость светоотдачи от электрической мощности лампы в обоих режимах оказывается практически идентичной, что позволяет создать компактную пускорегулирующую аппаратуру для цезиевых ламп импульсно-периодического разряда.

Приведены результаты разработки волоконно-оптической системы передачи (ВОСП) аналогового сигнала в диапазоне частот 0,1–40 ГГц. Разработанная ВОСП позволяет осуществлять передачу модулированного по амплитуде оптического излучения с длиной волны 1,31 мкм. Система включает передающий и приемный оптоэлектронный модули. Корпуса модулей выполнены герметичными и имеют компактные размеры.

В передающий модуль интегрированы системы контроля температуры и мощности лазера. Для функционирования ВОСП дополнительных внешних элементов управления не требуется. Вход и выход системы согласованы на импеданс 50 Ом. Разработанная система может применяться для передачи сигнала с частотой до 50 ГГц.

Проведен сравнительный анализ современных отечественных и зарубежных адаптивных оптико-электронных систем для разных задач адаптивной оптики, работающих по методам фазового сопряжения и апертурного зондирования. Впервые предлагается оценка работоспособности адаптивной оптико-электронной системы на основе обработки характеристик оптического изображения с учетом параметров турбулентной атмосферы. Предложенный подход позволит детектировать изображения удаленных объектов с высоким оптическим разрешением. Проведено макетирование лабораторной установки для проверки предложенных схемотехнических решений. Предложены критерии оценки качества оптического изображения и показано их работоспособность.

Исследованы гранулометрические и теплофизические характеристики порошков SiC-шихты, а также ультрачистого порошка (GMF-CVD, Japan). Шихта получена методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Показано, что отечественный SiC дисперсный материал по ряду характеристик не уступает зарубежным аналогам и может с успехом применяться для промышленного производства монокристаллического SiC. По результатам исследований разработан процесс, на основе которого из синтезированных порошков выращен объемный монокристалл SiC диаметром 100 мм.

Исследована возможность формирования пленок силицидов металлов ионными методами, реализованными с помощью ионно-плазменного распыления в устройстве на основе пеннинговского разряда, а также комбинацией методов термического испарения металлов в высоком вакууме с ассистированием ионным пучком кремния. Установлен механизм образования силицидных пленок на различных подложках при сравнительно низкой температуре подложек до 300 оС в условиях ограниченного воздействия плазмы. Изготовлены экспериментальные образцы на основе силицидов Mo, W, W-Re, Ti в широком диапазоне сопротивлений 20–600 Ом/□ с температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) менее 10-4 град-1, что позволяет их рекомендовать в качестве проводящих и резистивных слоев для элементов микро- и наноэлектроники. Параметры методов с ассистированием ионными пучками были установлены с помощью моделирования процессов внедрения ионов, осаждения титана с учетом распыления и последующей экспериментальной отработкой режимов при получении пленок силицидов титана. При отжиге при 700 оС состав пленок был близок к дисилициду титана, сопротивление образцов уменьшилось до 1,6 Ом/□, что позволяет рекомендовать разработанные ионные методы в КМОП-технологиях.

Выполнено численное моделирование по наработке окислов азота NO и NO2 в импульсно-периодическом режиме в воздухе атмосферного давления для четырех различных временных зависимостей мощности энерговклада. Показана временная динамика температуры в центре разрядного промежутка и абсолютного числа частиц оксидов азота NO и NO2. Обнаружено, что число наработанных частиц NO выходит на стационар практически сразу после прекращения действия импульса, в то время как число частиц NO2 продолжает монотонно расти. Результаты исследований могут быть востребованы в области создания генераторов окислов азота для медицинских приложений.

В лабораторных условиях проведены испытания защитного тонкослойного покрытия металлических поверхностей, созданного с помощью оксида титана, от развития плесневых грибов. В результате исследований в течение 28 суток показана 100 % инактивация микромицетов на защищенной поверхности металлических образцов в условиях благоприятных для роста грибов при моделировании минерального и органического загрязнения.

Оптико-акустические приемники (ОАП) излучения имеют эквивалентную мощность шума (NEP) 1,410-10 Вт/Гц1/2 в спектральном диапазоне 0,3–10000 мкм и не требуют вакуумирования и термостабилизации. Диапазон исследуемых с помощью ОАП сигналов охватывает как постоянные потоки ИК- и ТГц-излучения мощностью до 10-11 Ватт, изменения температуры на 10-6–10-7 K, так и фемтосекундные тераваттные лазерные импульсы. Основным недостатком ОАП является сверхчувствительность к вибрациям. Показано, что гибкая мембрана, выполняющая роль датчика давления, одновременно является акселерометром в котором сила, действующая на мембрану определяется её инерционной массой. Так как однослойный графен (SLG) является самым легким конструкционным материалом с поверхностной плотностью 0,7710-7 г/см2, использование гибкой мембраны из SLG обеспечивает снижение восприимчивости ОАП к акустическим и вибрационным шумам более чем на три порядка без применения каких либо устройств виброзащиты.

Методами диффузии, эпитаксии и ионной бомбардировки получают полупроводниковые слои, в которых содержание примесей и, следовательно, проводимость изменяются с глубиной. В работе предложена методика измерения сопротивления контактов к неоднородным по глубине полупроводниковым структурам. Предлагаемая методика также позволяет быстро производить измерения электропроводимости образцов. Теоретическое обоснование методики произведено путем решения краевых задач электродинамики с соответствующими граничными условиями. Решены задачи для случая, когда электропроводимость в образце изменяется с глубиной по экспоненциальному закону, а также описывается функцией распределения Гаусса.

Для оптимизации фоточувствительных структур на основе коллоидных квантовых точек сульфида свинца было проведено исследования скорости и полноты замены в тонких слоях с помощью ИК-Фурье спектроскопии на приставке многократного нарушенного полного внутреннего отражения. Была впервые исследована скорость процесса замены лигандов в тонком слое коллоидных квантовых точек сульфида свинца при замене на йодид-ион в разных растворителях. Показано изменение состава оболочек наночастиц PbS под действием ряда растворителей и при проведении замены на роданид-ионы. Впервые установлено замещение олеатной лигандной оболочки чистым формамидом.

Экспериментально исследовано развитие электрического пробоя в воде с проводимостью 255 мкСм/см при воздействии ультразвуковых волн для геометрии электродов «острие–штырь» с межэлектродным промежутком 8 мм. Обнаружено, что при одинаковом напряжении, близком к минимальному пробойному, вероятность инициации пробоя и замыкания разрядом промежутка увеличивается в два раза при воздействии ультразвуком без создания кавитации, а время допробойной стадии сокращается по сравнению с пробоем без ультразвука.

Изучается влияние длительности плазмохимической обработки кремниевых подложек во фторидной плазме. В качестве источника использовалась плазма гексафторида серы (SF6). Был проведён анализ полученных зависимостей шероховатости, высоты и угла наклона, сформированных при травлении, от времени плазмохимической обработки и от потока фторсодержащего газа. Длительность обработки во фторсодержащей плазме влияет на шероховатость вытравленной поверхности и геометрию вытравленной области, так при более длительной обработке во фторидной плазме возрастает шероховатость и угол полученной структуры. Изучение морфологии про-водилось на установке атомно-силовой микроскопии (АСМ). Было установлено, что по мере увеличения времени плазмохимической обработки увеличивался угол вытравленной структуры, зависимость шероховатости от времени имела условно два участка, интенсивно возрастающей до 60 сек и участок с мало меняющейся шероховатостью, но с большой дисперсией. При увеличении потока фторсодержащего газа линейно увеличивались угол вытравленной структуры, высота структуры и шероховатость вытравленной поверхности.

Представлено устройство и рассмотрены особенности функционирования источника плазмы на основе тлеющего разряда атмосферного давления, основным назначением которого является получение потоков плазмы, содержащей металлический компонент. Приводится краткий обзор современного состояния методов генерации металлсодержащей плазмы при атмосферном давлении. Обозначены перспективы применения описываемой разрядной системы в исследованиях по получению ультрадисперсных порошков и функциональных покрытий.

Проведено исследование плазменных струй, полученных на основе безэлектродного СВЧ-разряда атмосферного давления в потоке газа, направленном перпендикулярно вектору напряженности электрического поля (поперечная конфигурация). Разряд возбуждался в диэлектрической трубке с внутренним диаметром 6 мм в волноводном устройстве с помощью СВЧ-генератора на базе типового 1 кВт магнетрона, работающего на частоте 2,45 ГГц. Представлено описание конструкции газоразрядного волноводного устройства и результаты измерений пространственного распределения температуры газа в аргоновой плазменной струе методами термопар и оптической термографии. Показано, что максимальная температура газа в струе зависит от скорости потока и может быть понижена до значений 180–200 градусов Цельсия при скоростях потока 20–30 л/мин на расстояниях 2–3 см от выходного отверстия устройства. При этом наблюдается ламинарный режим истечения плазменной струи в окружающий воздух. Результаты работы востребованы в области разработки новых источников неравновесной плазмы для технологий плазменной модификации поверхности различных материалов.