В обзоре приводится сравнительный анализ результатов экспериментов по исследованию параметров и характеристик плазмы, создаваемой различными способами в диэлектрическом сосуде: при инжекции непрерывного электронного пучка током 10–40 мА и энергией 2–8 кэВ в цилиндрическую кварцевую полость, а также безэлектродным индуктивным ВЧразрядом, генерируемым внешней квадрупольной антенной, причем в форвакуумном диапазоне давлений (1–15 Па) рабочих газов (Ar, N2). Приводятся сравнения продольных и радиальных профилей концентрации, а также величин температуры электронов и потенциала, характерных для упомянутых видов плазмы. Показано, что оба способа позволяют осуществить генерацию однородной плазмы в диэлектрической полости с концентрацией 109–1011 см-3 и температурой электронов 2–4 эВ.
The review contains the comparative analysis of experiments on research of parameters and characteristics of plasma generated in dielectric volume by two different methods – by injection of continuous electron beam with current of 10–40 mA and energy of 2–8 keV, in cylindrical quartz hollow, and by traditional method using electrodeless inductively-coupled RF discharge driven by quadrupole antenna. These two kinds of plasmas both were produced in fore-vacuum pressure range (1–15 Pa) of working gases (Ar, N2). We compare the axial and radial profiles of plasma density, and values of parameters (electron temperature and potential) of mentioned plasmas. It is shown that both methods allow one to produce uniform plasma inside the dielectric volume, with density of 109–1011 cm-3 and electron temperature of 2–4 eV.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- eLIBRARY ID
- 29045735
В работе показано, что при давлениях рабочего газа форвакуумного диапазона (1–15 Па) оба способа обеспечивают генерацию однородной плазмы с концентрацией 109–1011 см-3 и температурой электронов 2–4 эВ. Энергетическая цена иона при генерации плазмы в результате инжекции пучка полость оказывается несколько выше, чем при использовании ВЧ-разряда, однако этот недостаток может компенсироваться более гибким управлением параметрами плазмы при варьировании тока, энергии пучка и давления газа, а также отсутствием необходимости согласования импедансов плазменной нагрузки и генератора. Кроме того, часть энергии пучка (не использованной на ионизацию) может быть потрачена, например, на поддержание плазмохимических реакций.
Следует также отметить, что потенциал пучковой плазмы относительно стенок диэлектрического сосуда может регулироваться в достаточно широких пределах – от единиц вольт (что дает возможность обрабатывать такие чувствительные материалы, как полимеры) до сотен и тысяч вольт (при повышенных энергиях пучка и низких давлениях), что может быть использовано для организации селективного ионного травления образцов, располагаемых на дне диэлектрической полости.
Список литературы
1. Major R., Lackner J. M., Gorka K., Wilczek P., Major B. // RSC Advances. 2013. Vol. 3. P. 11283.
2. Deilmann M., Theiß S., Awakowicz P. // Surf. Coat. Technol. 2008. Vol. 2. P. 1911.
3. Deilmann M., Halfmann H., Bibinov N., Wunderlich J., Awakowicz P. // J. Food Prot. 2008. Vol. 71. No. 10. P. 2119.
4. Кралькина Е. А. // УФН. 2008. Т. 178. № 5. P. 519.
5. Lebedev Yu. A. // Plasma Sources Sci. Technol. 2015. Vol. 24. P. 1.
6. Conrads H., Schmidt M. // Plasma Sources Sci. Technol. 2000. Vol. 9. No. 4. P. 441.
7. Сахаров А. С., Иванов В. А., Коныжев М. Е. // Прикладная физика. 2012. № 6. С. 99.
8. Leonhardt D., Walton S. G., Fernsler R. F. // Phys. Plasmas. 2007. Vol. 14. P. 057103.
9. Petrov G. M., Boris D. R., Petrova Tz. B., Lock E. H., Fernsler R. F., Walton S. G. // Plasma Sources Sci. Technol. 2013. Vol. 22. P. 065005.
10. Lock E. H., Fernsler R. F., Walton S. G. // Plasma Sources Sci. Technol. 2008. Vol. 17. No. 2. P. 025009.
11. Lock E. H., Petrovykh D. Y., Mack P., Carney T., White R. G., Walton S. G., Fernsler R. F. // Langmuir. 2010. Vol. 26. No. 11. P. 8857.
12. Sharafutdinov R. G., Skrynnikov A. V., Parakhnevich A. V., Ayupov B. M., Badalian A. M., Polyakov O. V., Baklanov M. R., Mogilnikov K. P., Biryukov S. A. // J. Appl. Phys. 1996. Vol. 79. P. 7274.
13. Sharafutdinov R.G., Khmel S. Ya., Shchukin V. G., Ponomarev M. V., Baranov E. A., Volkov A. V., Semenova O. I., Fedina L. I., Dobrovolsky P. P., Kolesov B. A. // Solar Energy Materials & Solar Cells. 2005. Vol. 89. P. 99.
14. Бычков В. Л., Васильев М. Н., Зуев А. П. // Теплофизика высоких температур. 1994. Т. 32. № 3. С. 323.
15. Бурдовицин В. А., Бакеев И. Ю., Зенин А. А., Золотухин Д. Б., Казаков А. В., Климов А. С., Медовник А. В., Окс Е. М., Тюньков А. В. // Доклады ТУСУР. 2016. Т. 19. № 2. С. 5.
16. Золотухин Д. Б., Бурдовицин В. А., Окс Е. М. // ЖТФ. 2015. Т. 85. № 5. С. 142.
17. Zolotukhin D. B., Burdovitsin V. A., Oks E. M. // Plasma Sources Sci. Technol. 2015. Vol. 25. No. 2. P. 015001.
18. Shafir G., Zolotukhin D.B., Godyak V.A., Gleizer S., Slutsker Ya., Gad R., Bernshtam V., Ralchenko Yu., Krasik Ya. E. // Plasma Sources Sci. Technol. 2017. Vol. 26. No. 2. P. 025005.
19. Дудин С. В., Зыков А. В., Положий К. И., Фареник В. И. // Письма в ЖТФ. 1998. Т. 24. № 22. С. 33.
1. R. Major, J. M. Lackner, K. Gorka, P. Wilczek, and B. Major, RSC Advances. 3, 11283 (2013).
2. M. Deilmann, S. Theiß, and P. Awakowicz, Surf. Coat. Technol. 2, 1911 (2008).
3. M. Deilmann, H. Halfmann, N. Bibinov, J. Wunderlich, and P. Awakowicz, J. Food Prot. 71 (10), 2119 (2008).
4. E. A. Kral’kina, Phys. Usp. 51 (5), 519 (2008).
5. Yu. A. Lebedev, Plasma Sources Sci. Technol. 24, 1 (2015).
6. H. Conrads and M. Schmidt, Plasma Sources Sci. Technol. 9 (4), 441 (2000).
7. A. S. Saharov, V. A. Ivanov, and M. E. Konyzhev, Prikl. Fiz., No. 6, 99 (2012).
8. D. Leonhardt, S.G. Walton, R.F. Fernsler, Phys. Plasmas 14, 057103 (2007).
9. G. M. Petrov, D. R. Boris, Tz. B. Petrova, E. H. Lock, R. F. Fernsler, and S. G. Walton, Plasma Sources Sci. Technol. 22, 065005 (2013).
10. E. H. Lock, R. F. Fernsler, and S. G. Walton, Plasma Sources Sci. Technol. 17 (2), 025009 (2008).
11. E. H. Lock, D. Y. Petrovykh, P. Mack, T. Carney, R. G. White, S. G. Walton, and R. F. Fernsler, Langmuir. 26 (11), 8857 (2010).
12. R. G. Sharafutdinov, A. V. Skrynnikov, A. V. Parakhnevich, B. M. Ayupov, A. M. Badalian, O. V. Polyakov, M. R. Baklanov, K. P. Mogilnikov, and S. A. Biryukov, J. Appl. Phys. 79, 7274 (1996).
13. R. G. Sharafutdinov, S. Ya. Khmel, V. G. Shchukin, M. V. Ponomarev, E. A. Baranov, A. V. Volkov, O. I. Semenova, L. I. Fedina, P. P. Dobrovolsky, and B. A. Kolesov, Solar Energy Materials & Solar Cells. 89, 99 (2005).
14. V. L. Bychkov, M. N. Vasil’ev, and A. P. Zuev, High Temperature. 32 (3), 323 (1994).
15. V. A. Burdovitsin, I. Yu. Bakeev, A. A. Zenin, D. B. Zolotukhin, A. V. Kazakov, A. S. Klimov, A. V. Medovnik, E. M. Oks, and A. V. Tyunkov, Proc. TUSUR. 19 (2), 5 (2016).
16. D. B. Zolotukhin, V. A. Burdovitsin, and E. M. Oks, Technical Physics. 60 (5), 772 (2015).
17. D. B. Zolotukhin, V. A. Burdovitsin, and E. M. Oks, Plasma Sources Sci. Technol. 25 (2), 015001 (2015).
18. G. Shafir, D.B. Zolotukhin, V.A. Godyak, S. Gleizer, Ya. Slutsker, R. Gad, V. Bernshtam, Yu. Ralchenko, and Ya. E. Krasik, Plasma Sources Sci. Technol. 26 (2), 025005 (2017).
19. S. V. Dudin, A. V. Zykov, K. I. Polozhiy, and V. I. Farenik, Tech. Phys. Lett. 24 (22), 33 (1998).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Кравчук А. С., Кравчук А. И. Эффективное уравнение конвективного переноса массы в композиционной среде с разнонаправленными векторами скоростей компонент 97
Должиков А. С., Могорычный В. И. Процессы кипения и конденсации многокомпонентных рабочих тел в микротеплообменниках 103
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Золотухин Д. Б. Сравнительные характеристики пучковой и индуктивно-связанной ВЧ-плазмы, генерируемой в диэлектрической полости в форвакуумном диапазоне давлений (обзор) 113
Ирхин И. В., Сухачевский А. А., Попов О. А., Иликеева Р. А. Характеристики разгорания серной СВЧ-лампы высокого давления 120
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Бурлаков И. Д., Холоднов В. А. Сравнительный анализ квантовой эффективности фоточувствительного элемента при когерентном и некогерентном излучении 130
Иванов С. Д., Косцов Э. Г. Приемники теплового излучения неохлаждаемых мегапиксельных тепловизионных матриц (обзор) 136
Козлов К. В., Патрашин А. И., Стрельцов В. А. Математическая модель крупноформатного инфракрасного фотоприемного устройства при временной задержке и накоплении 155
Кожаринова Е. А., Батырев Н. И., Костышина Л. А., Умникова Е. В. Получение и исследование анодных оксидных пленок и фотодиодных структур на основе антимонида индия 174
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Панькин Н. А., Окин М. А., Сигачев А. Ф., Мишкин В. П., Чистяков Н. И., Луконькина А. С. Структура и свойства композиционного материала системы Ti-Al, полученного холодным прессованием и твердофазным спеканием 180
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Кремис И. И., Моисеев В. А., Шатунов К. П., Ульянова Е. О., Гладков Р. А., Горшков А. А. Системы микросканирования для тепловизоров третьего поколения 189
ПЕРСОНАЛИИ
Юбилей В. П. Пономаренко 196
ИНФОРМАЦИЯ
Правила для авторов 197
Подписка на электронную версию журнала 200
C O N T E N T S
GENERAL PHYSICS
A. S. Kravchuk and A. I. Kravchuk Effective equation of convective mass transfer in a composite envi-ronment with a multi-directional velocity vector of component 97
A. S. Dolzhikov and V. I. Mogorychny The processes of boiling and condensation of multicomponent working fluids in mirco heat exchangersnull 103
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
D. B. Zolotukhin Comparative characteristics of beam-produced and inductively coupled RF plasmas generated in dielectric volume at fore-vacuum pressures (a review) 113
I. V. Irkhin, А. А. Sukhachevsky, О. А. Popov, and R. A. Ilikeeva High pressure sulfur microwave lamp run-up characteristics 120
PHOTOELECTRONICS
I. D. Burlakov and V. A. Kholodnov A comparative analysis of the quantum efficiency of the photosensitive element under the influence of coherent and incoherent radiation 130
S. D. Ivanov and E. G. Kostsov Uncooled thermal detectors of radiation for megapixel thermovision matrixes (a review) 136
K. V. Kozlov, A. I. Patrashin, and V. A. Streltsov Mathematical model of infrared large-format TDI FPA 155
E. A. Kozharinova, N. I. Batyrev, L. A. Kostyshina, and E. V. Umnikova Obtaining and studying of anodic oxide films and photodiode structures based on indium antimonidenull 174
MANERIALS SCIENCE
N. A. Pan’kin, M. A. Okin, A. F. Sigachev, V. P. Mishkin, N. I. Chistyakov, and A. S. Lukon’kina Structure and properties of the composite material of the Ti-Al system obtained by cold pressing and solid-phase sintering 180
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
I. I. Kremis, V. A. Moiseev, K. P. Shatunov, E. O. Ulyanova, R. A. Gladkov, and A. A. Gorshkov Micros-canning systems for third-generation thermal imagers 189
PERSONALIA
Anniversary Date of V. P. Ponomarenko 196
INFORMATION
Rules for authors 197
Subscription to an electronic version of the journal 200
Другие статьи выпуска
Представлены результаты разработки систем микросканирования для тепловизоров третьего поколения на основе пьезоэлектрического и электромагнитного приводов. Приведены основные технические характеристики микросканеров, дана их сравнительная оценка.
Методами растровой электронной микроскопии, металлографии, рентгенографии, термомеханическим анализом и методом лазерной вспышки проведено комплексное исследование структуры и свойств (Ti, Al)-композитов. Они были приготовлены прессованием смеси порошков титана и алюминия с последующим твердофазным спеканием на воздухе. Получены зависимости микроструктуры, фазового состава, плотности, пористости, твердости, коэффициентов температуропроводности и теплового расширения от состава, давления прессования и времени спекания. Экстремальные значения (минимальные и максимальные) вышеуказанных свойств (исключение – твердость по Бринеллю) соответствуют сочетаниям крайних значений варьируемых факторов – содержания титана и нагрузки прессования. Описаны возможные механизмы формирования структуры, фазового состава и свойств.
Выращены анодные оксидные плёнки на подложках InSb в электролитах на основе гидроксида калия, персульфата аммония и сернистого натрия. Изготовлены фоточувствительные элементы и проведена их термообработка. По измеренным ВАХ p–n-переходов установлено, что высокое качество изделий, соизмеримое с базовым (Na2S) вариантом, формируется в электролите на основе персульфата аммония. Показана возможность увеличения предела термической стойкости фотодиодных структур InSb до 190 оС при использовании этого электролита.
Представлена математическая модель оптико-электронного тракта крупноформатного инфракрасного (ИК) фотоприемного устройства с режимом временной задержки и накопления (ВЗН), предназначенного для регистрации малоразмерных объектов. Модель позволяет получать изображения на выходе сканирующего фотоприемного устройства большого формата (с количеством каналов ВЗН, большим 10000) и прогнозировать параметры приборов с учетом погрешностей установки отдельных фотоприемных модулей, паразитной засветки фоточувствительного слоя, шумов оптико-электронного тракта, взаимного влияния сигналов внутри ФПУ, разброса чувствительности и темновых токов фоточувствительных элементов (ФЧЭ), недостатков схемы ВЗН-суммирования и т. д. В модели также реализована возможность моделирования сигналов в режиме с адаптивным временем накопления. Модель ИК ФПУ состоит из четырех основных частей: аналитической модели облученности (АМО), позволяющей рассчитать распределение облученности в плоскости фотослоя от сцены и элементов конструкции ФПУ; аналитической модели сигналов (АМС), в рамках которой оптико-электронный тракт ФПУ представлен произведением частотных передаточных функций отдельных линейных процессов; имитационной модели сигналов (ИМС), являющейся более общей (чем АМС) моделью и содержащей подробное описание отдельных модулей реальных ФПУ; аналитической модели шумов (АМШ), позволяющей рассчитать шумы ИК ФПУ с различной схемотехникой большой интегральной схемы (БИС) считывания при известных фототоках и темновых токах каждого из ФЧЭ. В данной статье представлена первая часть работы – описание математического аппарата моделей.
Описываются тепловые элементы современных неохлаждаемых тепловизионных матриц, основанных на теплоизоляции чувствительных элементов и на накоплении тепла в их объеме за время кадра. Подробно обсуждаются особенности функционирования и конструкции как резистивных микроболометров, так и пироэлектрических элементов. Рассматривается новый принцип построения элементов высокочувствительных неохлаждаемых быстродействующих матриц, основанных на пироэлектрическом эффекте, для регистрации ИК-излучения, а также излучения с большим значением длины волны. Представленный подход к построению матрицы заключается в отсутствии теплоизоляции элемента от подложки, в использовании в качестве чувствительного слоя тонкой пироэлектрической пленки и накоплении за время кадра заряда генерируемого ИК-излучением. Описывается новый принцип высокоскоростной модуляции излучения. Приводятся экспериментальные значения пироэлектрического коэффициента в пленках ниобата бария стронция BaxSr1-xNb6, который достигает значений (1–2)10-3 Кл/м2. Показано, что элементы на основе указанного материала с размерами 1212 мкм, обладают в режиме накопления заряда удельной обнаружительной способностью D* порядка 109 см Гц1/2 Вт-1.
Рассмотрены особенности квантовой эффективности генерации носителей в фоточувствительном элементе при воздействии когерентного излучения. На примере гомогенного образца показано, что за счет интерференции прямого и обратного потоков фотонов квантовая эффективность при когерентном излучении колебательным образом зависит от размеров образца вдоль направления засветки, причем амплитуда колебаний монотонно уменьшается с увеличением размеров образца. Проведено сравнение со случаем некогерентного излучения.
Проведено экспериментальное исследование разгорания безэлектродной серной СВЧ-лампы высокого давления. Разряд зажигался и поддерживался в парах серы и аргоне (20 Торр) в кварцевой колбе диаметром 35 мм, размещенной в цилиндрическом резонаторе диаметром 73 мм и высотой 147 мм. Колба вращалась с угловой скоростью v от 0 до 24 об/с, плазма возбуждалась на частоте 2,45 ГГц при мощности магнетрона 200–740 Вт. Обнаружено, что появление светового потока (освещенности) лампы после зажигания в колбе СВЧразряда происходит с задержкой tз, которая не зависит от скорости вращения колбы, но уменьшается с увеличением мощности магнетрона. В процессе разгорания лампы наблюдалось изменение формы плазмы СВЧ-разряда и ее положения в колбе, которые определялись скоростью вращения колбы и мощностью магнетрона. Зависимость освещенности лампы от времени ее разгорания t имела максимум Еmax, положение которого, tmax, с увеличением мощности магнетрона и скорости вращения колбы сдвигалось в сторону меньших значений t. С увеличением скорости вращения колбы v от 0 до 7–8 об/с уменьшалось время достижения лампой установившегося режима tуст., возрастала максимальная освещенность Еmax, а спектр излучения плазмы сдвигался в длинноволновую область. Увеличение скорости вращения колбы свыше 8 об/с вызывало снижение освещенности и рост tуст.
Многокомпонентные рабочие тела (МРТ) нашли широкое применение в холодильной и криогенной технике. Одним из основных элементов данных систем является рекуперативный теплообменник, в котором осуществляется регенерация холода. Однако процессы кипения и конденсации смесей остаются недостаточно изученными. В данной работе рассматриваются различные соотношения, позволяющие описывать данные процессы, а также производится сравнение результатов, полученных с использованием этих соотношений, с существующими экспериментальными данными.
Уравнение конвективного массопереноса в случае вектора скорости, одинакового для всех компонент композиционной среды, получено еще в прошлом веке и приводится во многих справочниках по массопереносу, в частности, известных работах Лыкова А. В. Отличительной особенностью данного исследования является дальнейшее обобщение указанного уравнения с учетом разнонаправленности векторов скоростей компонент. Это является актуальным в связи с широким распространением в настоящее время тонких суспензий магнитно-активных жидкостей в качестве компонент композиционных смесей и их использования при активном управлении процессом массопереноса. При выводе уравнения конвекционного массопереноса используется понятие представительного объема композиционной среды с использованием объемных долей компонент, где неявно используется гипотеза о том, что объемные доли компонент являются дискретной случайной величиной, описывающей вероятности присутствия той или иной компоненты неоднородной среды в конкретной точке с заданными координатами, как представительного объема, так и исследуемой геометрической области в целом. С методической точки зрения в статье вначале пространственное уравнение упрощается до одномерного для любого из выбранных читателем направлений декартовой системы координат. Для любого из направлений в отдельности получен аналог вилки Фойгта-Рейсса соответствующих проекций скоростей компонент композиционной смеси. Далее вилка средних проекций скоростей по направлениям сужается до вилки Кравчука-Тарасюка. После этого усреднением вилки КравчукаТарасюка получается одномерное уравнение конвективного массопереноса в композиционной среде в смысле средних по представительному объему значений проекций скоростей компонент для каждого из направлений декартовой системы координат. Далее с использованием среднего вектора скорости композиционной смеси и специфического переопределения «в операции дивергенция в смысле среднего значения частных производных строиться общее уравнение для пространственной области. Результаты данного исследования могут быть применены при построении прикладной теории управления конвективным массопереносом композиционной среды с помощью внешнего магнитного поля. При этом часть компонент смеси может быть магнитонейтральна.
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