Экспериментальное исследование динамики плазмы микропинча с использованием формирующей линии (2022)
Ранее было установлено, что существует взаимосвязь между динамикой плазмы и процессом ускорения электронов в микропинчевом разряде. Авторы предприняли попытку ввести управляемую временную задержку процесса ускорения электронов относительно процесса сжатия плазмы в перетяжке канала тока. С указанной целью для сильноточной вакуумной искры в режиме микропинчевания был использован комбинированный источник тока, состоящий из параллельно включенных конденсаторной батареи и формирующей линии переменной длины. Было обнаружено, что при использовании формирующей линии достаточной протяженности наблюдается поток высокоэнергетичных электронов с энергией порядка 104–105 эВ на частицу, распространяющийся в направлении внешнего электрода независимо от полярности электродов, а продолжительность существования условий для ускорения электронов примерно на два порядка величины превышает продолжительность быстрого радиационного сжатия и процесс ускорения не может быть связан исключительно с ним.
To study the relationship between the plasma dynamics and the electron acceleration process in a micro-pin discharge, a combined current source consisting of a capacitor bank connected in parallel and a variable-length forming line was used. It is possible to change the direc-tion of the flow of “hot” electrons without changing the polarity of the electrodes.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- Префикс DOI
- 10.51368/2307-4469-2022-10-3-264-276
- eLIBRARY ID
- 49173902
Для исследования взаимосвязи между динамикой плазмы и процессом ускорения электронов в микропинчевом разряде, реализуемом в электроразрядном устройстве типа сильноточной вакуумной искры, был применен комбинированный источник тока, состоящий из параллельно включенных конденсаторной батареи и формирующей линии переменной длины.
Проведенные нами исследования показали, что совпадение направлений распространения потока «горячих» электронов и токового дрейфа электронов в разряде при определенных условиях может нарушаться. Было обнаружено, что при использовании формирующей линии достаточной протяженности наблюдается поток высокоэнергетичных электронов с энергией порядка 104–105 эВ на частицу, распространяющийся в направлении внешнего электрода независимо от полярности электродов.
Продолжительность существования условий для ускорения электронов в микропинчевом разряде составляет порядка 10 нс и примерно на два порядка величины превышает продолжительность быстрого радиационного сжатия, а, следовательно, развитие ускорительных процессов не может быть связано исключительно с ним.
Основываясь на результатах проведенных экспериментов и проделанных численных оценок, авторы выдвигают следующую гипотезу. Наличие формирующей линии задерживает процесс ускорения электронов в квазистатическом электрическом поле резистивной природы в области перетяжки на стадии перехода к радиационному сжатию и приводит к опережающему формированию анизотропного осевого плазменного потока. В этих условиях вмороженность силовых линий магнитного поля в плазменный поток, замагниченность ускоренных до высоких энергий электронов и появление осциллирующего поперечного электрического поля, затрудняющего убегание частиц в приосевой области минимума магнитного поля, становятся факторами, определяющими направление распространения потока высокоэнергетичных электронов.
Список литературы
- Cohen L., Feldman U., Swartze M., Underwood J. H. // J. Opt. Soc. Am. 1968. Vol. 58. № 6. P. 843.
- Schwob J. L., Frankel B. S. // Phys. Letters. 1972. Vol. 40A. № 1. Р. 81.
- Гольц Э. Я., Житник И. А., Кононов Э. Я., Мандельштам С. Л., Сидельников Ю. В. // ДАН СССР. 1975. Т. 200. № 3. С. 560.
- Короп Е. Д., Мейерович Б. Э., Сидельников Ю. В., Сухоруков С. Т. // УФН. 1979. Т. 129. № 6. С. 87.
- Веретенников В. А., Полухин С. Н., Семенов О. Г., Сидельников Ю. В. // Физика плазмы. 1981. Т. 7. № 6. С. 1199.
- Анциферов П. С., Кошелев К. Н., Крауз В. И. и др. // Физика плазмы. 1990. Т. 16. № 11. С. 1319.
- Долгов А. Н. Эмиссия частиц и излучения в микропинчевом разряде… Дис. докт. физ.-мат. наук. – М.: Московский инженерно-физический ин-т (гос. ун-т), 2005.
- Пикуз С. А. X-пинч. Экспериментальные исследования… Дис. докт. физ.-мат. наук. – М.: Физический ин-т им. П. Н. Лебедева РАН, 2007.
- Баронова Е. О. Развитие методов рентгеновской спектроскопии и их применение в исследованиях плаз-мы сильноточных разрядов… Дис. докт. физ.-мат. наук. – М.: РНЦ «Курчатовский институт», Институт ядерного синтеза. 2009.
- Вихрев В. В., Иванов В. В., Кошелев К. Н. // Физика плазмы. 1982. Т. 8. № 6. С. 1211.
- Блинников С. И., Имшенник В. С. // Физика плазмы. 1982. Т. 8. № 1. С. 193.
- Веретенников В. А., Исаков А. И., Крохин О. Н., Семенов О. Г., Сидельников Ю. В. // Препринт ФИАН СССР. 1983. № 59. – 20 с.
- Bailey J., Fisher A., Rostoker N. // J. Appl. Phys. 1986. Vol. 60. № 6. Р. 1939.
- Орешкин В. И. // Изв. вузов Физ. 1997. Т. 40. № 12. С. 76.
- Bernal L., Bruzzone H. // Plasma Phys. and Contr. Fusion. 2002. Vol. 44. № 2. Р. 223.
- Долгов А. Н., Прохорович Д. Е. // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2015. Т. 16. Вып. 2. С. 2.
- Аверкиев В. В., Долгов А. Н., Ляпидевский В. К., Савелов А. С., Салахутдинов Г. Х. // Физика плазмы. 1992. Т. 18. № 6. С. 724.
- Миронов Б. Н. // Физика плазмы. 1994. Т. 20. № 6. С. 546.
- Миронов Б. Н. // Физика плазмы. 1994. Т. 20. № 10. С. 886.
- Nishio M., Sakuma H., Takasugi K. // Plasma and Fusion Research: Rapid Communications. 2011. Vol. 6. Р. 1201009. DОI: 10.1585/pfr.6.1201009.
- Ананьев С. С., Данько С. А., Мялтон В. В., Калинин Ю. Г., Крауз В. И., Виноградов В. П., Виноградова Ю. В. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2013.
Т. 36. Вып. 4. С. 102. - Горбунов А. А., Гулин М. А., Долгов А. Н., Николаев О. В., Савелов А. С. // Письма в ЖЭТФ. 1989. Т. 50. Вып. 7. С. 320.
- Гулин М. А., Долгов А. Н., Кириченко Н. Н., Савелов А. С. // ЖЭТФ. 1995. Т. 108. № 10. С. 1309.
- Mei Wu, Li Chen, Ti-Pei Li. // Chinese Journal of Astronomy and Astrophysics. 2005. Vol. 5. № 1. Р. 57.
- Долгов А. Н., Клячин Н. А., Прохорович Д. Е. // Физика плазмы. 2019. Т. 45. № 7. С. 621.
- Долгов А. Н., Земченкова Н. В., Клячин Н. А., Прохорович Д. Е. // Прикладная физика. 2012. № 1. С. 68.
- Кремнев В. В., Месяц Г. А. Методы умножения и трансформации импульсов в сильноточной электронике. – Новосибирск, 1987.
- Диагностика плазмы / Под ред. Р. Хаддлстоуна и С. Леонарда. Пер. с англ. / Под ред. С. Ю. Лукьянова. – М.: Изд-во «МИР», 1967.
- Долгов А. Н., Клячин Н. А., Прохорович Д. Е. // Прикладная физика. 2018. № 5. С. 26.
- Блохин М. А., Швейцер И. Г. Рентгеноспектральный справочник. – М.: «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, 1982.
- Долгов А. Н., Кириченко Н. Н., Ляпидевский В. К., Савелов А. С., Салахутдинов Г. Х. // Физика плазмы. 1993. Т. 19. № 1. С. 97.
- Гулин М. А., Долгов А. Н., Николаев О. В., Савелов А. С. // Физика плазмы. 1990. Т. 16. № 8. С. 1015.
- Веретенников В. А., Долгов А. Н., Крохин О. Н., Семёнов О. Г. // Физика плазмы. 1985. Т. 11. № 8. С. 1107.
- Lee T. N. // Annals of New York Academy of Sci-ence. 1975. Vol. 251. P. 112.
- Афонин В. И. // Физика плазмы. 1995. Т. 21. № 7. С. 648.
- Долгов А. Н. // Физика плазмы. 2005. Т. 31. № 6. С. 539.
- Долгов А. Н., Вихрев В. В. // Физика плазмы. 2005. Т. 31. № 3. С. 290.
- Долгов А. Н., Клячин Н. А., Прохорович Д. Е. // Физика плазмы. 2016. Т. 42. № 12. С. 1057.
- Долгов А. Н., Земченкова Н. В., Клячин Н. А., Прохорович Н. А.// Физика плазмы. 2010. Т. 36. № 8. С. 826.
- Долгов А. Н., Клячин Н. А., Прохорович Д. Е. // Письма в ЖТФ. 2014. Т. 40. Вып. 3. С. 7.
- Козлов Н. П. Основы физики плазмы. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1997.
- Франк-Каменецкий Д. А. Лекции по физике плазмы. – М.: Атомиздат, 1968.
- Спитцер Л. Физика полностью ионизированного газа. – М.: Мир, 1965.
- Гулин М. А., Долгов А. Н., Кириченко Н. Н., Ляпидевский В. К., Масленникова Н. В., Савелов А. С. // ПТЭ. 1996. № 6. С. 82.
- Долгов А. Н., Земченкова Н. В., Клячин Н. А., Прохорович Д. Е. // Физика плазмы. 2011. Т. 37. № 3. С. 194.
- Vikhrev V. V., Ivanov V. V., Rozanova G. A. // Nucl. Fusion. 1993. Vol. 33. № 2. Р. 311.
- L. Cohen, U. Feldman, M. Schwarze, and J. H. Un-derwood, J. Opt. Soc. Am. 58 (6), 843 (1968).
- J. L. Schwob and B. S. Frankel, Physics. Letters 40A (1), 81 (1972).
- E. Ya. Golts, I. A. Zhitnik, E. Ya. Kononov, S. L. Man-delstam, and Yu. V. Sidelnikov, DAN USSR 200 (3), 560 (1975).
- E. D. Korop, B. E. Meierovich, Yu. V. Sidelnikov, and S. T. Sukhorukov, UFN 129 (6), 87 (1979).
- V. A. Veretennikov, S. N. Polukhin, O. G. Semenov, and Yu. V. Sidelnikov, Plasma Physics 7 (6), 1199 (1981).
- P. S. Antsiferov, K. N. Koshelev, V. I. Krauz et al., Plasma Physics 16 (11), 1319 (1990).
- A. N. Dolgov, Emission of particles and radiation in a micropinch discharge / Dis. doct. phys.-mat. nauk (Moscow Engineering Physics Institute (State University), Moscow, 2005).
- S. A. Pikuz, X-pinch. Experimental studies / Dis. doct. phys. (Lebedev Physics Institute of the Russian Academy of Sciences, Moscow, 2007).
- E. O. Baronova, Development of X-ray spectrosco-py methods and their application in high-current dis-charge plasma studies / Dis. doct. phys.-mat. sci. (RSC “Kurchatov Institute”, Institute of Nuclear Fusion, Moscow, 2009).
- V. V. Vikhrev, V. V. Ivanov, and K. N. Koshelev, Plasma Physics 8 (6), 1211 (1982).
- S. I. Blinnikov and V. S. Imshennik, Plasma Physics 8 (1), 193 (1982).
- V. A. Veretennikov, A. I. Isakov, O. N. Krokhin, O. G. Semenov, and Yu. V. Sidelnikov, Preprint FIAN USSR, No. 59 (1983), p. 20.
- J. Bailey, A. Fischer, and N. Rostoker, J. Appendix. Physics 60 (6), 1939 (1986).
- V. I. Oreshkin, Izv. vuzov Fiz. 40 (12), 76 (1997).
- L. Bernal and H. Bruzzone, Plasma Physics. and Vice versa. Merge 44 (2), 223 (2002).
- A. N. Dolgov and D. E. Prokhorovich, Physico-chemical kinetics in gas dynamics 16 (2), 2 (2015).
- V. V. Averkiev, A. N. Dolgov, V. K. Lyapidevsky, A. S. Savelov, and G. H. Salakhutdinov, Plasma physics 18 (6), 724 (1992).
- B. N. Mironov, Plasma Physics 20 (6), 546 (1994).
- B. N. Mironov, Plasma Physics 20 (10), 886 (1994).
- M. Nishio, H. Sakuma, and K. Takasugi, Studies of plasma and thermonuclear fusion: Rapid communications 6, 1201009 (2011). DOI: 10.1585/pfr.6.1201009.
- S. S. Ananiev, S. A. Danko, V. V. Myalton, U. G. Kalinin, V. I. Krauz, V. P. Vinogradov, and Yu. V. Vinogradova, VANT. Ser. Thermonuclear fusion 36 (4), 102 (2013).
- A. A. Gorbunov, M. A. Gulin, A. N. Dolgov, O. V. Nikolaev, and A. S. Savelov, Letters in the JETF 50 (7), 320 (1989).
- M. A. Gulin, A. N. Dolgov, N. N. Kirichenko, and A. S. Savelov, Pis’ma V Zh. 108 (10), 1309 (1995).
- Mei Wu, Li Chen, and Ti-Pei Li, Chinese Journal of Astronomy and Astrophysics 5 (1), 57 (2005).
- A. N. Dolgov, N. A. Klyachin, and D. E. Prokhorovich, Plasma Physics 45 (7), 621 (2019).
- A. N. Dolgov, N. V. Zemchenkova, N. A. Klyachin, and D. E. Prokhorovich, Applied Physics, No. 1, 68 (2012) [in Russian].
- V. V. Kremnev and G. A. Mesiats, Methods of mul-tiplication and transformation of pulses in high-current electronics (Novosibirsk, 1987).
- Plasma diagnostics / Edited by R. Huddlestone and S. Leonard. Translated from English / Edited by S. Yu. Lukyanov. (Publishing house “MIR”, Moscow, 1967).
- A. N. Dolgov, N. A. Klyachin, and D. E. Prokho-rovich, Applied Physics, No. 5, 26 (2018) [in Russian].
- M. A. Blokhin and I. G. Schweitzer, X-ray spectral reference book (“Science”, The Main edition of physical and mathematical literature, Moscow, 1982).
- A. N. Dolgov, N. N. Kirichenko, V. K. Lyapidev-sky, A. S. Savelov, and G. H. Salakhutdinov, Plasma Physics 19 (1), 97 (1993).
- M. A. Gulin, A. N. Dolgov, O. V. Nikolaev, and A. S. Savelov, Plasma Physics 16 (8), 1015 (1990).
- V. A. Veretennikov, A. N. Dolgov, O. N. Krokhin, and O. G. Semenov, Plasma Physics 11 (8), 1107 (1985).
- T. N. Li, Annals of the New York Academy of Sci-ences 251, 112 (1975).
- I. Afonin, Plasma Physics 21 (7), 648 (1995).
- A. N. Dolgov, Plasma Physics 31 (6), 539 (2005).
- A. N. Dolgov and V. V. Vikhrev, Plasma Physics 31 (3), 290 (2005).
- A. N. Dolgov, N. A. Klyachin, and D. E. Prokho-rovich, Plasma Physics 42 (12), 1057 (2016).
- A. N. Dolgov, N. V. Zemchenkova, N. A. Klyachin, and N. A. Prokhorovich, Plasma Physics 36 (8), 826 (2010).
- A. N. Dolgov, N. A. Klyachin, and D. E. Prokho-rovich, Letters in ZhTF 40 (3), 7 (2014).
- N. P. Kozlov, Fundamentals of Plasma Physics (Publishing House of the Bauman Moscow State Technical University, Moscow, 1997).
- D. A. Frank-Kamenetsky, Lectures on plasma physics (Atomizdat, Moscow, 1968).
- L. Spitzer, Physics of fully ionized gas (Mir, Moscow, 1965).
- M. A. Gulin, A. N. Dolgov, N. N. Kirichenko, V. K. Liapidevskii, N. V. Maslennikova, and A. S. Savelov, PTE, No. 6, 82 (1996).
- A. N. Dolgov, N. V. Semchenkova, N. A. Klyachin, and D. E. Prokhorovich, Plasma Physics 37 (3), 194 (2011).
- V. V. Vikhrev, V. V. Ivanov, and G. A. Rozanova, Nucl. Merge. 33 (2), 311 (1993).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Козак А. К., Заклецкий З. А., Соколов А. С., Скворцова Н. Н.
Электронный журнал данных плазмохимического синтеза материалов в микроволновых разрядах, инициируемых излучением импульсного гиротрона в смесях порошков металлов и диэлектриков 225
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Гришина И. А., Иванов В. А.
Актуальные направления развития исследований по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу в России в 2021 году
(Обзор материалов XLIX Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, 14–18 марта 2022 г.) 234
Долголенко Д. А., Зотин Г. Е., Потанин Е. П.
Динамика неизотермической плазмы, вращающейся вблизи твердых диэлектрических поверхностей 256
Долгов А. Н., Клячин Н. А., Прохорович Д. Е.
Экспериментальное исследование динамики плазмы микропинча с использованием формирующей линии 264
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Ковшов В. С., Яковлева Н. И., Никонов А. В.
Аналитическая модель квантовой эффективности фотодиодов на основе антимонида индия 277
Трофимов А. А., Денисов И. А., Смирнова Н. А., Шабрин А. Д., Гончаров А. Е., Новикова А. А., Можаева М. О., Гладышева К. А., Косякова А. М., Малыгин В. А., Кузнецова С. А., Ильинов Д. В., Суханова А. С.
Особенности подготовки подложек кадмий-цинк-теллур для выращивания эпитаксиальных слоев соединения кадмий-ртуть-теллур методом молекулярно-лучевой эпитаксии 289
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Федотов Ф. С., Телегин А. М.
Исследование магнитной ловушки для магнетронной распылительной системы 301
Машошин Д. А., Денисов Д. Г., Морозов А. Б., Патрикеев В. Е.
Разработка и исследование схемотехнических решений при проектировании осветительной ветви динамического интерферометра для контроля качества оптических поверхностей 308
C O N T E N T S
GENERAL PHYSICS
A. K. Kozak, Z. A. Zakletsky, A. S. Sokolov, and N. N. Skvortsova
Electronic journal for the data of plasma-chemical synthesis of materials in microwave discharges initiated by the radiation of a pulsed gyrotron in mixtures of metals and dielectrics powders 225
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
I. A. Grishina and V. A. Ivanov
Actual Trends in Research on Plasma Physics and Controlled Fusion in Russia in 2021 (Review of reports of the XLIX International Zvenigorod conference, 2022) 234
D. A. Dolgolenko, G. E. Zotin, and E. P. Potanin
Dynamics of nonisothermal plasma rotating near solid dielectric surfaces 256
A. N. Dolgov, N. A. Klyachin, and D. E. Prokhorovich
Experimental study of micropinch plasma dynamics using a forming line 264
PHOTOELECTRONICS
V. S. Kovshov, N. I. Yakovleva, and A. V. Nikonov
Analytical model of quantum efficiency of photodiodes based on indium antimonide 277
A. A. Trofimov, I. A. Denisov, N. A. Smirnova, A. D. Shabrin, A. E. Goncharov, A. A. Novikova, M. O. Mozhaeva, K. A. Gladysheva, A. M. Kosyakova, V. A. Malygin, S. A. Kuznetsova, D. V. Ilyinov, and A. S. Sukhanova
Processing aspects of CdZnTe fragments and 2ꞌꞌ wafers for epitaxial growing CdHgTe by molecular beam epitaxy 289
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
F. S. Fedotov and A. M. Telegin
Study of a magnetic trap for a magnetron sputtering system 301
D. A. Mashoshin, D. G. Denisov, A. B. Morozov, and V. E. Patrikeev
Development and study of circuit solutions in the design of the lighting branch of a dynamic interferometer for quality control of optical surfaces 308
Другие статьи выпуска
Разработано и экспериментально проверено схемотехническое решение, а именно модернизированная осветительная ветвь динамического интерферометра, позволяющее увеличить точность измерения параметров качества оптических поверхностей путём минимизации контраста спекл-структуры за счёт введения в схему осветительной ветви вращающегося диффузора.
Приведены результаты компьютерного и лабораторного моделирования магнитной распылительной системы (МРС), используемой для физического осаждения пленок в вакууме. Приведены рекомендации по выбору геометрических параметров МРС и значениям магнитного поля.
Твердый раствор кадмий-ртуть-теллур является в мире одним из основных материалов ИК-фотоэлектроники. Метод молекулярно-лучевой эпитаксии обладает рядом преимуществ перед другими методами получения соединения кадмий-ртуть-теллур. Вместе с тем он достаточно требователен к подготовке подложек, предназначенных для ростовых процессов. Настоящая работа посвящена первичной отработке процессов полирования в освоении производства подложек кадмий-ртуть-теллур ориентации (211). Достигнутая шероховатость составила 1 нм.
Исследованы спектральные характеристики фотоприемных устройств (ФПУ), детектирующих излучение в средневолновом инфракрасном (ИК) диапазоне спектра, изготовленные на основе антимонида индия, предназначенные для обнаружения, распознавания и идентификации тепловых объектов. Проведен расчет квантовой эффективности в зависимости от конструктивных параметров фотодиодов с учетом прохождения излучения через антиотражающее покрытие, а также с учетом отражения от границы раздела «p+-слой/омический контакт» с последующим повторным поглощением в структуре фотодиода. Разработана аналитическая модель коэффициента поглощения антимонида индия с учетом эффекта Бур-штейна-Мосса и правила Урбаха. Определена оптимальная толщина базового слоя фотодиода при различных значениях времени жизни неосновных носителей заряда.
Рассматривается стационарное движение плазмы вблизи вращающегося с угловой скоростью протяженного диэлектрического диска при наличии внешнего потока с угловой скоростью в условиях действия внешнего однородного осевого магнитного поля и осевого градиента температуры. Анализ задачи выполнен в газодинамическом приближении с учетом центробежных сил и осевого перераспределения плотности. Рассчитаны профили радиальной компоненты скорости проводящего газа вблизи диэлектрической поверхности диска для различных параметров среды.
Дан обзор новых наиболее интересных результатов, представленных на ежегодной XLIX Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, состоявшейся с 14 по 18 марта 2022 года в режиме on-line. Проведен анализ развития и достижений основных направлений исследований в области физики плазмы в России и их сопоставление с аналогичными работами за рубежом.
Представлена программа электронного журнала для плазмохимических исследований по синтезу материалов на специализированном стенде с мощным импульсным гиротроном ИОФ РАН. На основании экспериментального цикла работ 2019–2020 гг. плазмохимического синтеза микро и наночастиц был создан прототип электронного журнала и сформированы для него требования по хранению и обработке информации. Прототип электронного журнала был разработан на платформе «1С: Предприятие». Созданная программа для формирования базы параметров плазмохимического синтеза была успешно протестирована в экспериментальных сессиях 2020–2021 гг.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400