Прикладная физика

Рассмотрены особенности устройства и технологии изготовления имитаторов тепловой нагрузки, предназначенных для контроля параметров микрокриогенных систем фотоприёмных устройств. Приведены основные параметры изготовленных образцов имитаторов в сравнении с зарубежными аналогами. В АО «НПО «Орион» созданы имитаторы тепловой нагрузки для контроля микрокриогенных систем холодопроизводительностью 0,5–0,75 Вт.

Предложен к рассмотрению метод количественной конечно-элементной верификации устойчивости портативной аппаратуры радиографического контроля к факто-рам транспортной аварии на этапе автоматизированного проектирования математической твердотельной модели радиационной головки затворного типа с использованием программных комплексов: «ЗЕНИТ-95» и «LS-DYNA».

Одним из быстро развивающихся оптических методов является цифровой вариант сдвиговой корреляционной спекл-интерферометрии (ширография). Основными преимуществами метода являются бесконтактный метод получения данных, малая зависимость от формы и поверхности исследуемого материала, определение градиентов перемещений точек поверхности, которые проявляются в виде аномалий в рисунке интерференционных полос, связанных с участками деформации.
Предложена и реализована схема компактного спекл-интерферометра для цифровой ширографии на основе интерферометра Майкельсона. Продемонстрирована возможность выявления трещины в сварном шве на металлических (алюминиевых и стальных) пластинках.

Исследовались спектры ультрадисперсных частиц ZnS-Ag, осаждённых на подложку в электрическом поле. Для получения мелкодисперсных частиц использовали промышленный люминофор К-75 (ZnS-Ag). Спектры люминесценции получали при воздействии на образец ультрафиолетовым светом ( = 365 нм). Анализ спектров показал, что спектральные характеристики отличаются для образцов с различной размерностью кристаллов. Так для промышленного образца спектр люминесценции имел полосу с max = 453 нм и с полушириной  = 58,5 нм. Для ультрадисперсных кристаллов ZnS-Ag, осаждённых обычным способом, спектральная полоса имела max = 452,4 нм с полушириной  = 58,0 нм. Спектры фотолюминесценции (ФЛ) для образцов, полученных путём осаждения ультрадисперсных кристаллов ZnS-Ag в электрическом поле на подложку, имеют параметры с max = 451,5 нм и с полушириной  = 57,6 нм. При измерении ширины запрещённой зоны образцов была установлена зависимость ширины запрещённой зоны от размеров кристаллов полупроводника. Наиболее заметный эффект был получен при осаждении на подложку наноразмерных кристаллов в электрическом поле. Так для промышленного образца ширина запрещённой зоны составила 4,06 эВ, а для мелкодисперсных образцов, осаждённых обычным способом и в электрическом поле – 4,09 и 4,10 эВ соответственно. Полученные результаты показывают, что ширина запрещённой зоны увеличивается при уменьшении размеров кристаллов до наноразмерных величин. Поляризация света при прохождении светового луча через образцы тоже показала различные результаты. Так, луч света при прохождении образца из исходного материала имел степень поляризации Р = 0.094. Для образца, полученного путём осаждения мелкодисперсных частиц обычным способом, степень поляризации прошедшего луча составила Р = 0,110. И для об-разца, приготовленного из мелкодисперсных частиц ZnS-Ag, осажденных в электрическом поле, степень поляризации прошедшего светового луча оказалась Р = 0,117. Полученные результаты показывают, что материалы, полученные из мелкодисперсных частиц, путём осаждения их в электрическом поле, имеют различия по физическим параметрам.

Методом оптической атомно-эмиссионной спектроскопии исследована область межэлектродного промежутка при электроискровой обработке стали 35ХГСЛ с использованием анодов из вольфрама WP и оловянной бронзы ERCuSn-C. При обработке анодом из вольфрама WP, температура плазмы искрового разряда составляет 4000 К. Спектр излучения состоит из спектральных линий атомарного железа (Fe I). Низкие температуры плазмы искры затрудняют образование паровой фазы тугоплавкого вольфрама. При использовании анодного материала из бронзы ERCuSn-C температура в области разряда принимает значения порядка 10000 К. В спектре излучения, присутствуют спектральные линии атомарной (Cu I) и однократно ионизированной (Cu II) меди. Образование ионов связано с протеканием термической и ударной ионизаций атомов меди. Отсутствие спектральных линий от элемента катода (железа) обусловлено образованием на начальном этапе развития электроискрового разряда жидкого слоя из материала анода (бронзы) на поверхности катода.

Исследовался процесс ионно-лучевого синтеза структур «кремний-на-изоляторе», основанный на двухстадийной имплантации, сначала ионов кислорода, затем ионов свинца в качестве стеклообразователя. С помощью методов вторичной ионной масс-спектрометрии и оже-спектроскопии анализировались фазовые преобразования, про-исходящие в синтезируемом скрытом слое при постимплантационном отжиге.
Обнаружено, что с началом термообработки происходит быстрый спинодальный распад твердого раствора SiOx–PbOx, образовавшегося на стадии имплантации.
Затем начинается процесс медленной релаксации на фоне «восходящей» диффузии атомов свинца. При этом скрытый слой изолятора уплотняется и выравнивается по толщине. В конечном итоге он формируется в виде трехслойной структуры, средняя ее часть является оксидом кремния, легированного свинцом, боковые части состоят из свинцово-силикатной фазы.

Методом Particle Image Velocimetry (PIV) исследована нестационарная картина обтекания капли диэлектрической жидкости дибутилфталата окружающей водой слабой проводимости под действием импульса тока микросекундной длительности. Обнаружено, что время существования индуцированного завихренного течения в воде значительно превышает длительность импульса тока. Во время действия импульса тока на поверхности капли развиваются только малые возмущения, в то время как конечные возмущения поверхности развиваются на значительно бóльших временах, превосходящих длительность импульса тока на два и более порядка, и связаны с эволюцией течения воды вокруг капли. Показано, что на величину максимальной скорости в индуцированном течении воды влияет потенциал иглы при неизменной длительности и амплитуде импульса тока.

Представлены результаты исследований темновых токов nB(SL)n-структур со сверхрешёткой (СР) в барьерной области на основе Hg1-xCdxTe, выращенного методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), в широком диапазоне условий проведения эксперимента. Темновые токи измерялись в диапазоне температур от 11 К до 300 К для мезаструктур с различными диаметрами поперечного сечения. Определены температурные зависимости объемной компоненты плотности темнового тока и плотности тока поверхностной утечки. Показано, что в исследованных структурах вольт-амперные характеристики (ВАХ) формируются как объемной, так и поверхностной составляющими тока в зависимости от температуры и напряжения смещения.

Проведено численное моделирование оксидного солнечного элемента на основе гетероперехода ZnO/Cu2O для оптимизации его структуры и повышения эффективности преобразования энергии. Исследовано влияние шунтирующего и последовательного сопротивлений, толщины и концентрации дефектов в слоях Cu2O и ZnO, а также поверхностной концентрации дефектов на гетерогранице ZnO/Cu2O на фотоэлектрические параметры солнечного элемента. Показано, что величина шунтирующего и последовательного сопротивлений должна составлять 2500 Омсм2 и 3,3 Омсм2, а толщина слоев Cu2O и ZnO должна быть 5 мкм и 20 нм соответственно. Получено, что оптимальная концентрация дефектов (вакансий ионов меди) в слое Cu2O составляет 1015 см-3, концентрация дефектов (кислородных вакансий) в слое ZnO составляет 1019 см-3, а также поверхностная концентрация дефектов на межфазной границе должна быть как можно меньше и составлять 1010 см-2. Оптимизация структуры оксидного солнечного элемента позволила получить эффективность преобразования энергии до 10,25 %. Результаты могут быть использованы при разработке и формировании гетероструктур оксидных солнечных элементов.

Представлены результаты классификации фотоприемных устройств и фотоприемников. Описаны разделения фотоприемных устройств и фотоприемников по поколениям. Предложен термин для более высокой степени интеграции фотоприемного устройства с блоком электронной обработки. Введены новые актуальные термины и определения для более точной квалификации фотоприемников.

Приводятся результаты экспериментальных исследований параметров подводного разряда переменного тока частотой 50 Гц, горящего между двумя проволочными электродами из меди, молибдена и стали (Ст3). В результате моделирования процессов, протекающих в газовом пузыре установлен предварительный состав газовой фазы и концентрации основных активных частиц плазмы.

С помощью тепловизионной диагностики и широкополосной осциллографии исследованы распределения плотности тока и энергии по сечению низкоэнергетического (до 30 кэВ) сильноточного (до 20 кА) электронного пучка микросекундного диапазона длительностей импульса. Показано, что распределение плотности энергии является достаточно однородным (внутри круга диаметром около 2,5 см, т. е. близким к внешнему диаметру эмитирующей части катода) при индукции ведущего магнитного поля сравнимой или несколько большей индукции собственного магнитного поля пучка.
В слабом ведущем магнитном поле (или при его отсутствии) пучок фокусируется, распределение плотности энергии становится резко неоднородным. Показано также, что даже относительно слабое магнитное поле (около 25 мТл) стабилизирует поперечное положение пучка от импульса к импульсу. Каких-либо микронеоднородностей миллиметрового масштаба в распределениях плотности энергии не наблюдалось.

Представлены результаты компьютерного моделирования структуры электромагнитного поля СВЧ разряда в кварцевой колбе, помещенной в цилиндрический резонатор, плазма которого удерживается магнитной ловушкой. Использовано приближении холодной плазмы. Цилиндрический резонатор возбуждается через узкую щель в боковой стенке. Показано, что в исследуемом разряде традиционная модель электронно-циклотронного резонанса в скрещенных полях применима на низких плотностях электронов. При увеличении плотности формируется волна, распространяющаяся от области возбуждения в азимутальном направлении. При дальнейшем увеличении плотности электронов коэффициент поглощения волны падает и угловое распределение поля представляет стоячую волну.

Представлены результаты экспериментов на квазистационарном стеллараторе
Л-2М в режиме электронно-циклотронного резонансного нагрева при помощи двух ги-ротронов. Получены результаты по увеличению энергетического времени жизни плазмы с помощью временной модуляции (профилирования) СВЧ-импульса. Первый гиротрон на фиксированной мощности служил для ионизации и первичного нагрева плазмы, второй обеспечивал стационарный разряд длительностью 10 мс. Продемонстрировано, что варьируя мощность второго гиротрона в диапазоне 50–200 кВт, есть возможность увеличить время жизни в 4 раза при снижении мощности второго гиротрона до 50 кВт. Работа представляет интерес как метод исследования горячей плазмы, удерживаемой в тороидальной магнитной системе стелларатора.

Показана возможность применения энергодисперсионной абсорбционной спектроскопии на основе полупроводникового рентгеновского спектрометра для диагностики легочных патологий при контрастировании ксеноном (Xe). Заполняемый газом объем модели легких в просвечиваемой области объекта определяется путем анализа спектра в области K-скачка рентгеновского фотопоглощения Xe. Представлены спектры пропускания через пластиковый фантом, заполняемый газовой смесью ксенона и воздуха, а также комбинированные объекты в виде фантома и костной или тканеэквивалентной вставок. Метод обеспечивает достоверное определение локальных вентиляционных параметров контрастированной области и возможность снижения поглощенной дозы просвечивающего излучения более чем на три порядка по сравнению с рентгеновской компьютерной томографией.

Рассмотрена динамика температуры частиц с характерным размером 10-7–10-6 м на границе земной атмосферы и космического пространства. На примере наночастиц графита показано, что на высоте 80–90 км от поверхности Земли частицы с размером  510-7 м и меньше могут нагреваться выше температуры начала свечения (900 К), достигая температур более 2000 К со светло-бирюзовым свечением. На основании полученных результатов сделан вывод, что серебристые облака, наблюдаемые в предрассветное и послезакатное время с поверхности Земли, представляют собой скопление раскаленных наночастиц.