Воздействие струи плазмы капиллярного плазмотрона на металлы (2023)
Проведены эксперименты по воздействию струи капиллярного плазмотрона на стальные, медные образцы и проволоки из припоя. Энергия, вложенная в разряд, варьировалась от 0,3 до 1,5 кДж. При этом при взаимодействии струи капиллярного плазмотрона с припоем происходило образование компактных долгоживущих светящихся образований (КСО). При воздействии на припой получены КСО с необычно большими размерами внешним диаметром до 1,5 см, внутренним диаметром до 0,5 см и временем жизни до 7 с, которые состоят из ядра и оболочки и обладают плотностью энергии сравнимой с плотностью энергии горючих материалов.
Experiments were carried out on the effect of a capillary plasma torch jet on steel, copper samples and solder wires. The energy inputted in the discharge varied from 0.3 to 1.5 kJ. At the same time, when the capillary plasma torch jet interacted with metals, compact long-lived luminous formations CLF were formed. When exposed to solder, CLF with an unusually large external diameter of up to 1.5 cm, an internal diameter of up to 0.5 cm and a lifetime of up to 7 s were obtained. It consists of a core and shell and have an energy density comparable to the energy density of combustible materials.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- Префикс DOI
- 10.51368/2307-4469-2023-11-5-399-406
- eLIBRARY ID
- 54731070
В работе проведены исследования по получению КСО в разных условиях при взаимодействии плазменной струей с металлически-ми образцами.
При вложенных в плазмотрон энергиях порядка 300 Дж наблюдалось появление частиц КСО с толщиной оболочки порядка 12 мкм, общим диаметром до 1,5 мм, диаметром ядер порядка 510-3 м и временем жизни от 3 до 7 с. В их состав входили компоненты кислорода, углерода, железа, меди, олова и свинца.
Увеличение вложенной энергии в струю плазмы из плазмотрона позволили получать ДСО размеров приблизительно больших в 5–10 раз. Эти КСО имели характерное время жизни большее 6–7 с, в то время, как время жизни КСО в случае плазмотрона с низкой энергией не превышало 3–4 с. Эти КСО также взрывались и оставляли следы взрыва на бумаге.
Долгое свечение, большое время жизни, способность прыгать, высокая плотность внутренней энергии КСО показывают, что они являются аналогами реальных шаровых молний.
Проделанные эксперименты позволяют перейти к созданию заряженных КСО, а также моделированию взаимодействия КСО с конкретными горючими газами. Такие эксперименты готовятся в настоящее время.
Список литературы
- Авраменко Р. Ф., Николаева В. И., Поскачеева Л. П. Шаровая молния в лаборатории. – М.: Химия, 1994.
- Ершов А. П., Розанов В. В., Сысоев Н. Н., Тимофеев И. Б., Чувашев С. Н., Шибков В. М. Физическая гидродинамика. Вып.4. Препринт физического факультета МГУ, 1994, № 8/1994.
- Авраменко Р. Ф., Бахтин Б. И., Николаева В. И., Поскачеева Л. П., Широков Н. Н. / Журнал Технической Физики. 1990. Т. 60. № 12. С. 73.
- Уруцкоев Л. И., Ликсонов В. И., Циноев В. Г. / Прикладная физика. 2000. № 4. С. 83.
- Bychkov V. L., Chernikov V. A., Osokin A. A., Stepanov A. I., Stepanov I. G. / IEEE Trans. Plasma Sci. 2015. Vol. 43. № 12. P. 4043. doi: 10.1109/TPS.2015.2478441
- Bychkov V. L. / IEEE Trans. Plasma Sci. 2014. Vol. 42. № 12. P. 3912.
- Cуздалев И. П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. – М.: Комкнига, 2006.
- Гречихин Л. И. Наночастицы и нанотехнологии. – Минск: ИООО «Право и Экономика», 2008.
- Рамбиди Н. Г., Березкин А. В. Физические и химические основы нанотехнологии. – М.: Физматлит, 2008.
- Carrey J., Radousky H. B., Berkowitz A. E. / J. Appl. Physics. 2004. Vol. 95. № 3. P. 823.
- Шабанов Г. Д. / Успехи физических наук. 2019.T. 189. № 31. С. 95.
- Бычков В. Л. Естественные и искусственные шаровые молнии в атмосфере Земли. – М.: Макс Пресс, 2021.
- Bychkov V. L., Savenkova N. P., Anpilov S. V., Troshiev Y. V. / IEEE Trans. Plasma Sci. 2012. Vol. 40. № 12. P. 3158.
- Bychkov V. L., Anpilov S. V., Savenkova N. P., Stelmashuk V., Hoffer P. / IOP Conf. Series: J. of Phys: Conf. Series. 2018. Vol. 996. Р. 012012.
doi:10.1088/1742-6596/996/1/012012
- Avramenko R. F., Nikolaeva V. I. and Poskacheeva L. P. Ball lightning in the laboratory, Moscow, Chemistry publ. 1994. pp. 15 [in Russian].
- Ershov A. P., Rozanov V. V., Sysoev N. N., Timofeev I. B., Chuvashev S. N. and Shibkov V. M., Physical hydrodynamics. Vol. 4. Preprint of the Faculty of Physics of Moscow State University, № 8/1994 (1994) [in Russian].
- Avramenko R. F., Bakhtin B. I., Nikolaeva V. I., Poskacheeva L. P. and Shirokov N. N., J. of Technich. Fiz. 60 (12), 73 (1990) [in Russian].
- Urutskoev L. I., Lixonov V. I. and Tsinoev V. G., Applied Physics, № 4, 83 (2000) [in Russian].
- Bychkov V. L., Chernikov V. A., Osokin A. A., Stepanov A. I. and Stepanov I. G., IEEE Trans. Plasma Sci. 43 (12), 4043 (2015). doi: 10.1109/TPS.2015.2478441
- Bychkov V. L., IEEE Trans. Plasma Sci. 42 (12), 3912 (2014).
- Suzdalev I. P., Nanotechnologies: physico-chemistry of nanoclusters, nanostructures and nano-materials, Moscow, Komkniga Publ., 2006 [in Russian].
- Grechikhin L. I., Nanoparticles and nanotechnolo-gies, Minsk, IOOO “Pravo and Economics”Publ., 2008 [in Russian].
- Rambidi N. D. and Bereskin A. S., Physical and chemical bases of nanotechnologies, Moscow, Fizmatlit Publ., 2008 [in Russian].
- Carrey J., Radousky H. B. and Berkowitz A. E., J. Appl. Phys. 95 (3), 823 (2004).
- Shabanov G. D., Usp. Fiz. Nauk 189 (1), 95 (2019).
- Bychkov V. L., Natural and Artificial Ball Light-ning in the Earth’s Atmosphere, Springer Nature, Switzerland, 2022. doi.org/10.1007/978-3-031-07861-3
- Bychkov V. L., Savenkova N. P., Anpilov S. V. and Troshiev Y. V., IEEE Trans. Plasma Sci. 40 (12), 3158 (2012).
- Bychkov V. L., Anpilov S. V., Savenkova N. P., Stelmashuk V. and Hoffer P., IOP Publ IOP Conf. Series: J. of Phys: Conf. Series 996, 012012 (2018).
doi: 10.1088/1742-6596/996/1/012012
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Осипов К. А., Варюхин А. Н., Овдиенко М. А., Гелиев А. В.
Эквивалентная электрическая схема сверхпроводников на основе двухжидкостной модели при переменных токах 363
Свиридов А. Н., Сагинов Л. Д.
Воздействие солнечного излучения на пыль в околоземном пространстве 384
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Байдак В. А., Бычков В. Л., Сороковых Д. Е., Бычков Д. В., Ваулин Д. Н.
Воздействие струи плазмы капиллярного плазмотрона на металлы 399
Пименов И. С., Борщеговский А. А., Ахмедов Э. Р., Неудачин С. В., Новиков В. Н., Павлов В. Н., Рой И. Н., Шапотковский Н. В., Хромков И. Н.
Результаты по вводу СВЧ-излучения от гиротрона в вакуумную камеру токамака Т-15МД 407
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Полесский А. В., Лопухин А. А., Соломонова Н. А., Хамидуллин К. А., Деомидов А. Д., Семенченко Н. А.
Фотоприемники и фотоприемные устройства второго поколения: методы измерения 416
Лопухин А. А., Пермикина Е. В., Болтарь К. О., Гришина А. Н.
Матрицы ФПУ с улучшенной однородностью 421
Зверев А. В., Ипатов Д. Е.
Моделирование взаимодействия излучения со средой в программном комплексе симуляции трехмерных динамических сцен 433
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Кульченков Е. А., Рыбалка С. Б., Демидов А. А.
Исследование радиационной стойкости линейного стабилизатора напряжения 446
Обрезков О. И., Нагель М. Ю., Мартыненко Ю. В., Рукина Ю. И.
Методика измерений свойств кардиоэлектродных покрытий, осаждаемых плазменными методами 455
C O N T E N T S
GENERAL PHYSICS
Osipov K. A., Varyukhin A. N., Ovdienko M. A. and Geliev A. V.
Equivalent electrical circuit of superconductors in accordance with a two-fluid model at alternating currents 363
Sviridov A. N. and Saginov L. D.
The effect of solar radiation on dust in near-Earth space 384
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
Baidak V. A., Bychkov V. L., Sorokovykh D. E., Bychkov D. V. and Vaulin D. N.
The influence of a capillary plasma torch on metals 399
Pimenov I. S., Borschegovskiy A. A., Akhmedov E. R., Neudatchin S. V., Novikov V. N., Pavlov V. N., Roy I. N., Shapotkovsky N. V. and Khromkov I. N.
The first results on the injection of the HF-radiation from the gyrotron into the vacuum chamber of the T-15MD tokamak 407
PHOTOELECTRONICS
Polesskiy A. V., Lopukhin A. A., Solomonova N. A., Khamidullin K. A., Deomidov A. D. and Semenchenko N. A.
Second generation photodetectors and photodetector devices: measurement methods 416
Lopukhin A. A., Permikina E. V., Boltar K. O. and Grishina A. N.
Sensitivity uniformity improvement in InSb FPA 421
Zverev A. V. and Ipatov D. E.
An environmental radiation interaction modeling in dynamic scene simulation software 433
PHYSICAL EQUIPMENT AND INS ELEMENTS
Kulchenkov E. A., Rybalka S. B. and Demidov A. A.
Study of radiation hardness of linear voltage regulator 446
Obrezkov O. I., Nagel M. Yu., Martynenko Yu. V. and Rukina Yu. I.
Dependence of the operation of the cardioelectrode on the properties of coatings deposited by plasma methods 455
Другие статьи выпуска
Представлена методика измерений свойств покрытий кардиоэлектродов, осаждаемых плазменными методами. Методика измерений позволяет определять эффективность передачи заряда, импеданс, время деполяризации, а также нелинейные зависимости этих характеристик от подаваемого потенциала и длительности импульса. Покрытия, наносимые плазменными методами, имеют развитую поверхность (эффективную площадь превышающую площадь геометрической поверхности). Описанная методика позволяет определить параметр. Поверхность электродов исследовалась с помощью растровой электронной и атомно-силовой микроскопии, значения , полученные при этих исследованиях, сопоставляются с измеренными значениями.
Выполнена экспериментальная оценка влияния электрических режимов работы интегральной микросхемы линейного стабилизатора напряжения положительной полярности с номинальным выходным напряжением Uвых = 9 В («ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ») на дозовую радиационную стойкость с помощью разработанного аппаратно-программного комплекса на основе рентгеновской установки РИК–0401. Экспериментально установлено, что наиболее чувствительными параметрами стабилизатора напряжения к эффектам поглощенной дозы являются выходное напряжение и минимальное падение напряжения. Получены аналитические зависимости основных параметров стабилизатора напряжения от величины поглощенной дозы при радиационном облучении.
Реализована поддержка трассировки пути в разработанном симуляторе трехмерных динамических сцен. Данный метод позволяет получить физически корректные изображения с учетом многократных взаимодействий электромагнитных волн с телами. Представлены результаты расчета нескольких сцен и оценка быстродействия аппаратно-ускоренной трассировки пути в видимом диапазоне длин волн.
Рассмотрены два возможных способа получения ФПУ на основе фотодиодных матриц из антимонида индия с улучшенной однородностью: использование структур, выращенных методом МЛЭ, и применение ионной обработки при изготовлении ФЧЭ из объемного материала. Представлены результаты исследований чувствительности в фотодиодных матрицах из InSb при воздействии оптического излучения ИК, видимого и УФ-диапазонов. Установлено, что метод ионной обработки стороны засветки МФЧЭ перед просветлением позволяет существенным образом подавить рекомбинацию фотоносителей на поверхности, а также улучшить адгезию наносимого антиотражающего покрытия (АОП). В результате ионной обработки уменьшается разброс чувствительности (токовой или вольтовой) по площади МФЧЭ в несколько раз.
Приводятся результаты двух фаз завершающих испытаний (конец 2021 – начало 2023 годов) по подготовке к первым экспериментам с круглой плазмой на установке токамак Т-15МД. На этом этапе система СВЧ-нагрева (гиротронный комплекс) установки оснащена одним гиротроном с рабочей частотой 82,6 ГГц и выходной мощностью около 1 МВт. Установлена фокусирующая система ввода СВЧ-излучения, которая может быть использована как для предыонизации рабочего газа, так и для нагрева плазмы. Осуществление СВЧ-пробоя планируется на второй гармонике необыкновенной волны. Испытания, проведённые на гиротронном комплексе Т-15МД, включали в себя юстировку вакуумированного зеркально-волноводного тракта, общая длина которого 37 м, и измерения потерь СВЧ-мощности до входа в камеру токамака. Измерения величины мощности гиротрона производились калориметрическим способом, при этом значение коэффициента передачи СВЧ-линии передачи составило величину не меньше 0,9. Осуществлён ввод СВЧ-излучения в камеру Т-15МД на уровне мощности 0,95 МВт при длительности импульса 125 мс.
Проведены расчеты температур частиц пыли (на примере углеродных частиц), нагреваемых солнечным и земным излучением, на высотах 65–100 км. Показано, что частицы достигают температур, при которых начинается видимое свечение (Т > 900 K) при высотах, превышающих 70 км. Максимальная температура частиц (Т = 2385 K) и максимальная интенсивность светло-синего свечения достигается на высоте 85 км. Показано, что на этой высоте минимальную температуру имеют частицы с размерами 10 мкм и более. Их температура не зависит от размера и оценивается величиной 300 K. Температура частиц с размерами меньшими 10 мкм увеличивается при уменьшении их размеров. Углеродные частицы с размерами меньшими 210-7 м нагреваются до температур 2385 K, сублимируются и в конечном итоге перестают существовать. Излучения скоплений подобных частиц на фоне темного неба в предрассветное или послезакатное время может представляться наблюдателям в виде светящихся облаков – Серебристых облаков. Пылинки из других материалов сублимируются при меньших температурах и, следовательно, солнечное излучение приводит к выжиганию подобных пылинок, находящихся в околоземном пространстве не только с субмикронными, но и с микронными размерами. На основе проведенных расчетов и анализа литературных данных в работе формулируется следующая гипотеза о природе серебристых облаков: Серебристые облака представляют собой скопления раскаленных наночастиц.
Рассмотрены переходные процессы в сверхпроводниках, протекающие при замыкании ключа (или его размыкании) в электрической цепи на постоянном токе, а также процессы при синусоидальном изменении электродвижущей силы (ЭДС) источника тока. Для описания переходных процессов представлена эквивалентная электрическая схема сверхпроводников в соответствии с двухжидкостной моделью, согласно которой все электроны в сверхпроводнике разделены на два типа – сверхпроводящие и нормальные. При этом впервые введены инерционные индуктивности для сверхпроводящих и нормальных электронов Ls и Ln, характеризующих динамику ускорения различных «сортов» электронов вследствие возбуждения электрического поля при переменных условиях, а также эффективное сопротивление Rn для описания диссипации энергии при возбуждении нормальных электронов. Получены зависимости нормального и сверхпроводящего токов, электрического поля в сверхпроводниках от частоты ЭДС источника тока, вычислены средняя мощность источника тока и тепловыделение за счет джоулевых потерь в сверхпроводнике при возбуждении нормальных электронов в зависимости от частоты и температуры.
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