Статья: Инерционное электростатическое удержание и ядерный синтез в межэлектродной плазме наносекундного вакуумного разряда. Часть I. Эксперимент* (2009)

Приведены принципиальные схемы тиристорно-транзисторных ключей с полным управлением. Рассмотрены механизмы перехода таких ключей из открытого состояния в закрытое, отмечены особенности их управления, проанализированы режимы коммутации составных транзисторов. Обсуждена перспектива применения ключей для создания мощного современного электрооборудования.

Приведены результаты экспериментального исследования импульсной генерации твердотельного неодимового лазера на кристалле кальций—галлий германиевого граната Са3Gа2Gе3О12:Nd3+ с диодной накачкой, частота F следования импульсов которого изменялась от 3 до 13 кГц при поглощенной мощности накачки от 0,45 до I Вт. Обнаружено, что джиттер периода импульсов генерации лазера зависит от F как 1/Fγ, где γ = 1,3. Получены коэффициенты, определяющие чувствительность длительности и частоты импульсов генерации к изменениям длины резонатора и поглощенной мощности накачки.

Представлено краткое описание бесконтактного метода и конструкции измерителя основных параметров термоэлектрических микромодулей (ГЭМ) Пельтье в статическом и динамическом режимах. В качестве датчика температуры и тепловых потоков используется анизотропный термоэлектрический сенсор, работающий в режиме разновременного компарирования.

Представлены результаты разработки систем цифровой рентгенографии сканирующего типа с регистраторами рентгеновского излучения на полупроводниковых детекторах из арсенида галлия. Приведены результаты тестирования cucme. it для флюорографии и дефектоскопии сварных соединений.

Рассмотрены особенности автоматизированного контроля качества изображения оптических систем методом частотного анализа изображения простого тест-объекта. Выявлены основные преимущества данного метода и проблемы его реализации. Даны рекомендации по минимизации причин погрешности измерений.

Рассмотрена проблема идентификации параметров прямозонных полупроводников при использовании зависимости интенсивности монохроматической катодолюминесценции от энергии электронов пучка и реализации низкого уровня возбуждения сигнала. Показано, что реализация метода наименьших квадратов приводит к системе нелинейных алгебраических уравнений, решение которой существенно зависит от выбора начального приближения. С учетом этого определены некоторые условия корректной обработки экспериментальных данных для идентификации искомых параметров полупроводников.

Разработаны алгоритмы обнаружения сигналов в выходной плоскости оптикоэлектронной системы (ОЭС) с учетом корпускулярных и статистических свойств принимаемых сигналов. Получены аналитические выражения для оценки эффективности таких систем.

Исследованы фотодиоды Шоттки Au—n-GaP (толщина Au ~10 нм) при высоких температурах. Показано, что при температурах выше 70 ° С последовательное сопротивление фотодиода растет необратимо. Отжиг фотодиодов при Т = +125 ° С способен увеличить квантовую эффективность фотодиода на 66 %, температура Т = +300 ° С является предельной для таких фотодиодов. Деградация фотодиодов Шоттки (ФДШ) связана с температурным изменением структуры Au-пленки на поверхности полупроводника.

Сформулирована общая физико-математическая основа теоретического исследования трехмерных элементов эмиссионных и отражающих электронно-оптических систем с прямой оптической осью. Показано, что полученные общие выражения могут быть использованы для проведения подробных исследований конкретных электронно-оптических элементов.

Дано точное решение задачи формирования торцевой области плотных электронных пучков в виде цилиндров конечной длины, усеченных конусов, цилиндрических и конических колец, а также сплошных и полых тороидов и сфер, выделенных из потоков бриллюэновского типа с единственной отличной от нуля азимутальной компонентой скорости.

Исследованы остаточные напряжения и микротвердость конденсата, полученного вблизи титанового катода установки ННВ-6.6И4 при нанесении TiN-покрытий.

Представлены результаты наблюдения усиленного по яркости изображения объекта, экранированного слоем плазмы дугового разряда. В качестве усилителя яркости изображения используется активная среда импульсного газоразрядного лазера на парах меди. Показано, что качество изображения не изменяется при включении экранирующей засветки.

Представлены результаты экспериментальных исследований многоострийной отрицательной короны при атмосферном давлении в потоке аргона. Реализован переход импульсно-периодического режима многоострийной отрицательной короны в режим тлеющего разряда.

Предложено физическое обоснование эффекта снижения пробивного напряжения воздушного промежутка в цепи с размыкаемым микроразрядником. Данный эффект может быть использован для повышения эффективности грозозащиты стержневым молниеотводом. Исследованы процессы в электрической цепи молниеотвода с микроразрядником при грозовом электрическом пробое. Показано, что размыкания микроразрядника могут приводить к резонансным перенапряжениям в цепи постоянного тока и в итоге — к эффективному уменьшению пробивного напряжения разрядного промежутка молниеотвод — грозовое облако.

Проведено сравнение наблюдаемых параметров слабо- и сильноточных разрядов типа низкоиндуктивной вакуумной искры (НВИ). Показано сходство физических процессов, протекающих в слабо- и сильноточных разрядах НВИ. Найдены возможности оптимизации сильноточного разряда НВИ в качестве источника многозарядных ионов.

Рассмотрение равновесного излучения в плазмоподобных средах показывает, что спектральное распределение такого излучения отлично от планковского равновесного излучения (черное излучение). Физическая причина этого отличия заключается в невозможности распространения фотонов с законом дисперсии ω = ck в системах заряженных частиц. Рассмотрена термодинамика равновесного электромагнитного излучения в плазменных средах. Показано, что отличие термодинамических свойств такого излучения от планковского характеризуется параметром a = ħΩp/T и существенно проявляется в таких плазменных средах, где a ≥ 1. Обсуждается применение полученных результатов в плазме металлов (прежде всего в жидком состоянии, где заряженные частицы не имеют дальнего порядка) и в плазменной модели ранней Вселенной.

Проведена рентгеноспектральная диагностика процесса взаимодействия фемтосекундных лазерных импульсов интенсивностью 1016—1018 Вт/см2 с СО2-кластерами и замороженными частицами воды нанометровых размеров. Изучается стадия разлета кластеров и образования плазменного канала, определяющая параметры формируемого источника рентгеновского излучения и потоков ускоренных ионов. Измерения основаны на регистрации пространственно разрешенных рентгеновских спектров Н- и Не-подобных ионов кислорода. Использование для диагностики спектров ридберговских переходов позволяет определять параметры плазмы, образующейся к моменту времени t 10 пс от начала лазерного фемтосекундного импульса. Показана роль заднего фронта лазерного импульса для поддержания температуры плазмы ~100 эВ на стадии неадиабатического разлета кластеров. Анализ профилей и относительных интенсивностей спектральных линий позволил определить температуру и плотность электронов в плазме, выделить фракции “тепловых” ионов и ионов, ускоренных до энергий в десятки килоэлектронвольт. Показано, что использование в качестве мишени твердотельных кластеров из замороженных капель воды нанометровых размеров приводит к существенному увеличению числа быстрых Не-подобных ионов. Эффективность ускорения Н-подобных ионов за счет использования кластерных мишеней не возрастает, поскольку время их ионизации в плазме превышает время разрушения кластеров.

На основе модели точечных стоков рассмотрена задача об экранировании заряда движущейся пылевой частицы. Определены характерные времена формирования поляризационного облака вокруг нее. Установлено, что стационарный потенциал движущегося заряда имеет дипольную составляющую, которая на больших расстояниях станет доминирующей. Определена сила взаимодействия движущейся заряженной макрочастицы с электрическим полем индуцированных ею зарядов и показано, что направление этой силы может совпадать с направлением скорости движения макрочастицы.

Предложена модель, позволяющая рассмотреть кинетику столкновительной рекомбинации в неидеальной плазме в рамках метода молекулярной динамики. Найдено, что зависимость скорости столкновительной рекомбинации от степени неидеальности плазмы существенно отличается от экстраполяции скорости трехчастичной рекомбинации в неидеальную область. Обнаружено резкое снижение скорости рекомбинации в сильнонеидеальной плазме с увеличением степени ее неидеальности. Столкновительная рекомбинация переходит в трехчастичную при уменьшении неидеальности среды.

Дано описание структуры энергетического спектра электронов в неидеальной плазме в рамках метода молекулярной динамики. Выделены парные флуктуации. Рассмотрен переход парных флуктуаций в пределе малых степеней неидеальности плазмы в возбужденные атомы. Оценены области существования возбужденных атомов и парных флуктуаций. Выяснен характер ограничения статистической суммы атома в неидеальной плазме. Получены указания на существование мягкой щели в энергетическом спектре электронов в плазме.

Моделирование ускорения ионов проведено с использованием одномерного 1D2P PIC-кода. Исследованы зависимости максимальной энергии и ширины энергетического спектра получаемых ионных пучков от длительности и интенсивности используемого излучения, а также от параметров мишени (толщины и количества слоев, видов и концентраций атомов). Найдена оптимальная конфигурация мишени, при которой энергия ускоренных ионов максимальна (5—160 МэВ для интенсивностей 5·1018—5·1020 Вт/см2). Показано, что найденная оптимальная конфигурация мишени зависит от интенсивности и не зависит от длительности лазерных импульсов.

Рассмотрено торможение микрометеоритов в верхних слоях атмосферы, приводящее к возможности образования пылевых слоев заряженных частиц на высотах 70—90 км. Такие слои при определенных условиях могут наблюдаться невооруженным глазом и известны под названием “серебристые облака”. Объяснение высоты образования облаков и их типичной толщины до сих пор не имеет систематического решения, поскольку правильный учет сил, действующих на микрометеориты, и их параметров неизвестен с достаточной точностью. Развитая модель представляет простой и эффективный подход к решению стационарной и нестационарной задач торможения. Стационарное решение приводит к разумному согласию наблюдаемых высот существования облаков, параметров микрометеоритов и вычислений, нестационарное решение будет рассмотрено в отдельной статье.

Рассмотрен дополнительный источник реликтовых фотонов, обусловленный вакуумным рождением и последующей аннигиляцией векторных W- и Z-бозонов вследствие вакуумной нестабильности, возникающей в результате быстрого изменения их масс в период электрослабого фазового перехода в ранней Вселенной. Предварительные оценки показывают, что этот вклад в плотность фотонов реликтового излучения незначителен.

Представлено очередное VI Международное совещание по физике сложных заряженных систем и их взаимодействию с электромагнитным излучением, состоявшееся 9 и 10 апреля 2008 г. в Москве в Институте общей физики им. А. М. Прохорова РАН. Определены место совещания в спектре научных российских и международных конференций, его тематика, представлены устроители и организаторы, дан краткий обзор наиболее интересных докладов.