Статья: Прикладные аспекты классической термодинамики Часть III*. Термодинамика "модельных" газов (2011)

Предложена энергоанализирующая система с высокими электронно‐оптическими параметрами на основе электростатических цилиндрического и гиперболического полей. Гиперболическое поле в планарной плоскости не является однородным и имеет ярко выраженные дисперсионные свойства. Это качество комбинированного анализатора представляет интерес, так как приводит к расширению его аналитических возможностей. Новизной предлагаемого устройства является взаимное расположение известных цилиндрического и гиперболического зеркал.

Предложены модели бескоммутационных термоэлектрических охладителей Пельтье. Приведен пример алгоритма расчета температурного и электрического полей.

Рассмотрены методы и схемы построения различных приборов дневного и ночного видения со стабилизированным полем зрения. Приборы выполнены на базе дневных лазернодальномерных каналов, ночных каналов с использованием электронно‐оптических преобразователей, тепловизионных и телевизионных каналов. Во всех приборах используется магнитодинамическая стабилизация поля зрения.

Рассматривается влияние γ‐квантов на механизм переноса тока в гетероструктуре p-TlInSe2/n-TlSe<Ge>. Выявлено, что взаимодействие радиационных дефектов с исходными дефектами кристаллов приводит к перестройке и перераспределению дефектов на границе раздела гетероперехода. Это сводится к незначительному изменению генерационнорекомбинационных процессов в механизмах токопереноса. Аномальные дозовые зависимости характеристик гетеропереходов объяснены изменением степени компенсации уровней на границе раздела и в базе структуры.

Впервые получены монокристаллы сплавов висмут—сурьма с примесями гадолиния. Кластеры, которые при этом создаются, приводят к селективному рассеянию дырок, в результате чего изменяется соотношение вкладов разных групп носителей тока в явления переноса. Одним из следствий этого является увеличение термоэлектрической добротности сплавов висмут—сурьма.

Разработан метод определения характеристик многослойных полупроводниковых структур по спектрам ИК‐пропускания, и построена теоретическая математическая модель спектра пропускания, зависящая от коэффициента поглощения и ряда параметров эпитаксиальных слоев кадмий—ртуть—теллур (КРТ). Измерены и исследованы спектры ИК‐пропускания эпитаксиальных структур (ЭС) твердых растворов КРТ. ЭС КРТ р‐типа проводимости выращивались методами жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) на подложках CdZnTe и молекулярно‐лучевой эпитаксии (МЛЭ) на подложках GaAs.

Каждый элемент матрицы фоточувствительных детекторов имеет временной и геометрический шумы из-за неоднородности или разброса характеристик детекторов и, следовательно, имеет свою собственную чувствительность и “темновой” ток, которые задают наклон и смещение характеристики “освещенность—выходное напряжение” для элемента. При повторном опросе пикселов в условиях, идентичных предыдущему опросу, геометрический шум повторяется и величина его практически не изменяется в период между выборками. Поэтому существуют действенные меры борьбы с данным видом шумов — запоминание и вычитание. Это предопределяет два метода коррекции ФЧЭ: одноточечный, когда коррекция проводится при одном уровне засветки, и двухточечный — при двух различных уровнях засветки. Данная работа посвящена анализу стабильности корректируемости МФПУ при двухточечной коррекции.

Спроектирована микросхема считывания для линейки ИК‐фотодиодов на основе КРТ формата 6x576 c ВЗН в холодной зоне. Сдвиг между элементами в направлении, перпендикулярном сканированию, — 14 мкм. Топология кристалла разработана для КМОП‐технологии с проектными нормами 0,8 мкм, двумя уровнями поликремния и двумя уровнями металла.

Приведены результаты компьютерного моделирования и разработки термоэлектрических приемников излучения на основе анизотропных, короткозамкнутых и термопарных преобразователей энергии. Проектирование приемников выполнено путем применения объектно-ориентированного программирования. Изготовлены образцы приемников с приемными площадками от 5x5 до 20x20 мм и вольт-ваттной чувствительностью до 5 В/Вт. Приводятся примеры их применения в приборах для измерения лазерного излучения.

Рассчитаны вольт‐фарадные характеристики МДП‐структур на основе эпитаксиального n-Hg0,77Cd0,23Te с учетом вырождения и непараболичности при разных аппроксимациях значений интегралов Ферми‐Дирака. Оценена емкость, связанная с туннелированием через ловушки, для МДП‐структур на основе n-Hg0,775Cd0,225Te. В результате численного решения уравнения Пуассона построены вольт‐фарадные характеристики МДП‐структур на основе эпитаксиального HgCdTe с приповерхностными варизонными слоями, учет наличия которых необходим для правильной интерпретации экспериментальных данных.

Показано, что использование баллистической фокусировки в продольном ионном источнике холловского типа позволяет преобразовать форму ионного пучка из “эллипсовидной” в линейную и увеличить плотность тока ионного пучка на обрабатываемой поверхности. Исследовано влияние поперечного магнитного поля источника и краевых эффектов на форму пучка. Разработан плазменный нейтрализатор ионного пучка на основе дополнительного несамостоятельного газового разряда магнетронного типа с использованием эффекта “полого катода”.

Рассмотрен подход к созданию спектрографов заряженных частиц — приборов, фиксирующих на плоских позиционно‐чувствительных детекторах энергетический спектр в целом или его часть. Электростатические конфигурации, где реализуется спектрографический режим, строятся на основе функций, однородных по Л. Эйлеру и обладающих свойством подобия. Подробно изучены варианты спектрографов — плоского, квадрупольного и кубического, а также их линейной комбинации. Представлены результаты аналитического и численного моделирования режимов работы спектрографов и даны основные электроннооптические параметры.

Разработан СВЧ‐плазмотрон атмосферного давления с мощностью питания 600 Вт для прикладных задач. Выполнен расчет, оптимизация, настройка и исследование резонаторной рабочей камеры плазмотрона штыревого типа. Проведено экспериментальное исследование работы СВЧ‐плазмотрона.

Представлен анализ энергетического баланса термоядерной системы на основе аксиально‐симметричной открытой ловушки. Основным источником внешнего нагрева плазмы в рассматриваемой системе является инжекция высокоэнергетичных (быстрых) частиц. Моделирование физической кинетики инжектируемых частиц основано на численном решении уравнения Фоккера—Планка, учитывающем рассеяние в область потерь и участие в термоядерной реакции. Несмотря на значительную долю потерь энергии инжектируемых частиц при уходе из ловушки из‐за углового рассеяния, рассмотренная система обладает достаточной эффективностью как нейтронный источник для гибридного (синтез— деление) реактора. Показана принципиальная возможность достижения коэффициента усиления мощности в плазме Qpl ≈ 1 при высоком уровне нейтронного выхода.

Показано, что формирование структуры эпоксиполимеров происходит во фрактальном пространстве, создаваемом рыхлоупакованной матрицей. Влияние плотности сшивки на размерность указанного пространства не является однозначным. Размерность фрактального пространства, в котором формируется наноструктура, определяет величину модуля упругости эпоксиполимеров.

Метод параболического уравнения используется для оценки параметров сфокусированного волнового пучка, который получается при небольшом сдвиге источника излучения от фокуса параболического рефлектора или при смещении малого зеркала в антенне Кассегрена.

Представлены численные расчеты распределения потенциала в поверхностном варизонном слое HgCdTe р‐типа. Уравнение Пуассона было решено как нелинейное интегрально‐дифференциальное уравнение с учетом непараболичности зоны проводимости. Построены энергетические зонные диаграммы при изменении легирования, ширины вари-зонной области и поверхностного потенциала. Рассчитаны характеристики МДП-структуры и определены условия возникновения инверсионного слоя в планарных n на p фотодиодах на основе варизонного р-HgCdTe.

Методами ПЭМ проведены исследования особенностей дефектообразования в пластинах КЦТ до и после термообработки. Установлено, что в процессе проведения отжигов пластин, соответствующих режимам получения эпитаксиальных структур, не наблюдается заметного изменения как плотности, так и средних размеров “ростовых” преципитатов, которые можно разбить на три размерные группы. Показано, что мелкие преципитаты (1,5—3,0 нм) представляют собой области, когерентно сопряженные с матрицей КЦТ и сохраняющие последовательность атомных плоскостей решетки. Такие образования представляют собой области с повышенным содержанием атомов Те, являющиеся начальной стадией образования наноразмерных преципитатов теллура.

Приведены результаты расчетов энергобаланса электронов и характеристик дрейфа в электрическом поле при напряженностях 0,1 < E/N < 1000 Тд с учетом неупругих столкновений. Результаты расчетов представлены в виде удобных для использования таблиц для всех инертных газов. Проанализированы особенности энергобаланса электронов, в частности приведены соотношения между потерями энергии в упругих и различного вида неупругих столкновениях.

Приведены предварительные результаты длительного экспериментального исследования изменений в скорости β‐распада 60Со с февраля по август 2010 г. с использованием сцинтилляционных детекторов на основе кристаллов LaBr3 и методики на совпадение наблюдения с энергиями 1,117 и 1,332 МэВ, сопровождающих ft-распад 60Со. Для обработки результатов эксперимента применен статистический метод Колмогорова—Смирнова. В апреле зафиксированы результаты, превышающие 1%-ный уровень значимости в максимуме разности теоретического равномерного распределения γ-квантов в течение суток наблюдения от экспериментального неравномерного. Дано краткое сравнение полученного результата с ранее существовавшими результатами по наблюдению изменений в скорости распадов радиоактивных элементов.

Представлена общая методика экспериментального моделирования черенковского и дифракционного излучений на периодических металлодиэлектрических структурах на основе идентификации волн пространственного заряда электронного потока с поверхностной волной диэлектрического волновода. Разработана и реализована схема экспериментальной установки миллиметрового диапазона волн, проведено моделирование основных режимов возбуждения пространственных волн черенковского и дифракционного излучений, а также тестирование их путем сравнения с численным анализом.