Статьи

Дан обзор новых наиболее интересных результатов, представленных на ежегодной XLVIII Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, состоявшейся с 15 по 19 марта 2021 года в режиме online. Проведен анализ развития и достижений основных направлений исследований в области физики плазмы в России и их сравнение с работами за рубежом.

В статье приведён обзор аппаратных средств, позволяющих регистрировать удары микрометеороидов и частиц космического мусора о поверхность космического аппарата. Описаны преимущества и недостатки этих средств, приведены примеры экспериментов с ними

Исследовано воздействие низкотемпературной нитевидной микроплазмы на анатомическую целостность мембран клеток растительного сырья. Показано, что микроплазменная обработка позволяет формировать сквозные каналы в структуре растительных материалов и ускорять процесс массопереноса. Воздействие на мембрану клеток растительного сырья приводит к изменению капиллярно-пористой структуры с формированием дополнительных, образованных микроплазменным разрядом пор, ориентированных вдоль направления напряженности электрического поля. Установлено, что зависимость количества разрушенных клеток от интенсивности микроплазменной обработки имеет ограниченный характер и снижается при более длительной обработке растительного сырья. По результатам экспериментальных исследований установлено, что с помощью микроплазменной обработки существует возможность управлять массообменными процессами, важными для дальнейшей переработки растительного сырья, таких как сушка и экстрагирование.

Показана возможность создания квазипериодических наноструктур на поверхности изделий из керамических материалов на основе -Al2O3 при воздействии луча лазера, перемещаемого с помощью двухкоординатного линейного шагового двигателя (ЛШД). Показано, что причиной возникающей неравно-мерности тепловыделения и конвективной неустойчивости расплавленного слоя являются электромагнитные поверхностные волны на границе раздела «проводник–изолятор», при этом «проводником» является слой расплава. Обусловленная ЛШД дискретность перемещения луча лазера позволяет создать на поверхности расплава регулярный волнообразный рельеф, выполняющий роль входной дифракционной структуры для генерации поверхностной волны ТM-поляризации.

Матричные многоэлементные лавинные фотоприемники, работающие в режиме счета фотонов, находят широкое применение для регистрации оптического излучения. Однако характеристики матричных многоэлементных ла-винных фотоприемников в таком режиме работы в настоящее время недостаточно изучены. Объектами исследований являлись опытные образцы Si-ФЭУ с p+–p–n+-структурой производства ОАО «Интеграл» (Республика Беларусь), серийно выпускаемые Si-ФЭУ Кетек РМ 3325 и ON Semi FC 30035. В данной статье приведены результаты исследования характеристик в режиме счета фотонов указанных фотоприемников. Определены зависимости удельного коэффициента амплитудной чувствительности от длины волны оптического излучения, температуры и напряжения питания матричного многоэлементного лавинного фотоприемника.

Проведены исследования генерации пучков убегающих электронов (УЭ) и формирования диффузных разрядов при пробое промежутков с катодом, который имеет малый радиус кривизны. В воздухе и азоте повышенного давления на основе регистрации и анализа характеристик излучения разряда, а также параметров тока пучка УЭ и динамического тока смещения показано, что в зависимости от условий (приведённая напряжённость электрического поля, сорт газа и его давление, конструкция и материал катода, амплитуда и фронт импульса напряжения) реализуется различные режимы генерации пучков УЭ. Установлено, что соотношение скорости фронта волны ионизации (стримера) и убегающих электронов, а также конструкция катода и времени задержки до взрыва катодных микронеоднородностей существенно влияют на режим генерации УЭ. Определены условия реализации различных режимов, приведены осциллограммы импульсов тока пучка и фотографии свечения промежутка.

Зафиксировано появление трех групп заряженных частиц при воздействии импульса лазерного излучения оптического диапазона с интенсивностью ~109 Вт/см2 на металлическую мишень в среде разреженного газа. Результаты измерений электронной температуры образующейся плазмы хорошо согласуются с результатами модельных расчетов для оценки электронной температуры в области поглощения лазерного излучения при параметрах, отвечающих условиям представленных экспериментов.

Изучено влияние проникающих излучений на электрический низкочастотный шум полупроводников. Получены формулы для определения количества дефектов структуры в полупроводниках, возникающих вследствие воздействия проникающего излучения. Получено выражение общего вида для спектра электрического низкочастотного шума в полупроводниках при воздействии на них проникающего излучения. Установлена количественная связь спектра электрического низкочастотного шума с развитием нарушений структуры полупроводников, вызванных проникающими излучениями. Полученные результаты могут быть использованы для определения спектров электрического шума в полупроводниках различных типов и в многочисленных полупроводниковых приборах. Вычисленные выражения позволяют провести оценки интенсивности электрического низкочастотного шума, из которых могут быть сделаны выводы о возможности функционирования и надежности полупроводниковых приборов. Установленная связь электрического шума с радиационными дефектами может быть использована для оценки по спектральным характеристикам шума дефектности структуры полупроводников, подвергавшихся радиационным повреждениям.

Исследовано влияние температуры окружающей среды и напряжения питания на спектральную чувствительность и динамический диапазон опытных образцов кремниевых фотоумножителей производства ОАО «Интеграл» (Республика Беларусь) и серийно выпускаемых фотоумножителей Кетек РМ 3325 и ON Semi FC 30035. Определено, что максимум спектральной чувствительности кремниевых фотоумножителей сдвинут в коротковолновую область и соответствует длине волны оптического излучения 470 нм. Показано, что увеличение напряжения питания приводит к увеличению чувствительности исследуемых фотоприемников, а зависимость чувствительности от температуры по-разному проявляется при воздействии оптическим излучением разной длины волны.

Выполнен сравнительный анализ методов калибровки датчика волнового фронта Шэка-Гартмана по плоскому волновому фронту (калибровка по наклону датчика) и сферическому волновому фронту (абсолютная калибровка). Для сравнения был проведен общий анализ достоинств и недостатков методов калибровки. Показано, что калибровка датчика включает в себя следующие этапы: создание опорного волнового фронта и определение точных проектных параметров датчика. Значения проектных параметров используются в реконструкции измеряемого волнового фронта и определяют такие параметры датчика Шэка-Гартмана, как динамический диапазон и чувствительность. Также для численного сравнения был проведен анализ погрешностей динамического диапазона, определяемого по аберрациям типа наклон и дефокусировка, и построены зависимости этих погрешностей от погрешности проектных параметров датчика.

Методом голографии на тонком слое дихроичного ориентирующего красителя были записаны дифракционные решетки, собраны и исследованы жидко-кристаллические ячейки для получения электрически-управляемой дифракции в видимом диапазоне. При помощи программного обеспечения для моделирования электрооптических эффектов была рассчитана дифракционная эффективность (ДЭ) фазовой решетки на основе жидкого кристалла (ЖК) в зависимости от амплитуды напряжения на электродах и оценено изменение ДЭ в зависимости от толщины ячейки, двулучепреломления ЖК-материала и длины волны излучения. Экспериментальные результаты качественно совпали с результатами расчета. В случае фазовой решетки, сформированной в объеме ЖК-ячейки ДЭ в 1-м порядке достигала 16 % на длине волны 532 нм. Установлено, что ДЭ уменьшается с увеличением длины волны.

Рассмотрены механизмы разрушения и синтеза макромолекул, которые могут стимулироваться внешними акустическими полями в многофазной нефтяной дисперсной среде, содержащей большое количество растворенного в нефти газа. Предполагается, что динамика этих пузырьков зависит от изменения геометрии потока и возбуждения звуковых колебаний в потоке. Особое внимание уделено процессу изменения плотности жидкости за счет эффекта внутреннего эрлифта в жидкой дисперсной среде. Механически вызванные кинетические изменения макромолекул (разрушение и синтез коллоидных цепей) могут происходить, когда пузырьки схлопываются. Эти особенности могут быть использованы при обработке нефти и в геофизических исследованиях скважин для оценки нефтенасыщенности пластов.