Статья: Инерционное электростатическое удержание и ядерный синтез на основе межэлектродной плазмы наносекундного вакуумного разряда. Часть II. PIC-моделирование (2009)

Рассмотрена возможность создания устройства, позволяющего определять критический уровень тока, возникающего в цепи микросхемы. Принцип работы устройства основан на эффекте генерации шума в прямой ветке p-n-перехода при определенных электрических нагрузках.

Проведены экспериментальные исследования процессов распространения и поглощения электромагнитных волн СВЧ-диапазона в образцах жидких полимеров. Измерения тепловых полей в многомодовом резонаторе выполняли с помощью видеокамеры и термочувствительной плотной бумаги с жидкокристаллическим покрытием для двух частот — 2,45 и 5,8 ГГц, предназначенных для промышленного, медицинского и научного применения.

Приведены энергетические характеристики промышленного лазера на парах меди (ЛПМ) серии KULON, работающего в режиме высокоскоростной импульсной модуляции в видимом желто-зеленом диапазоне на длинах волн 510 и 578 нм, а также в ультрафиолетовом диапазоне на длинах волн 255, 271 и 289 нм (нелинейное преобразование частоты желто-зеленого диапазона на кристаллах DKDP и ВВО) с максимальными средними мощностями излучения 410, 330 и 110 мВт на длинах волн 271, 255 и 289, соответственно. Максимальная средняя мощность излучения лазера накачки (лазера на парах меди) составляет ∼10 Вт. При регулировании частоты излучения показана возможность управления энергетическими характеристиками УФ-диапазона.

Рассмотрены вопросы оценки вероятности безотказной работы матричных фотоприемных устройств (МФПУ) через такие измеряемые параметры, как удельная обнаружительная способность, ограниченные шумом мощность (NEP) и облученность (NEI). Показано, что технические требования к МФПУ позволяют однозначно оценивать вероятность безотказной их работы.

В результате анализа физических процессов, проходящих в ИК-матричных фотоприемных устройствах (МФПУ) при их работе и хранении, разработаны методы ускоренных испытаний безотказности и сохраняемости этих устройств. Метод ускоренных испытаний безотказности основан на учете распределения величины скорости отказов на разных этапах рабочего цикла МФПУ и представляет собой метод с уплотнением рабочих циклов. Показано, что для охлаждаемых до температур жидкого азота матричных фотоприемников определяющее влияние на надежность оказывает число циклов “включение— выключение”. Метод ускоренных испытаний сохраняемости основан на контролируемом воздействии, ускоряющем процессы старения МФПУ. Экспериментально оценено влияние температурных воздействий на характеристики старения матричных фотоприемников на основе фотодиодов из КРТ. Разработанные методы позволяют существенно сократить время испытаний на безотказность и сохраняемость.

Рассмотрен новый подход к получению “электрического ветра” (ЭВ) в газе, основанный на использовании высокочастотного барьерного разряда. Создан плазменный эмиттер ионов, служащий источником ЭВ. Разработана электрическая схема для формирования ЭВ, исследованы ее электроразрядные и газодинамические характеристики. В условиях атмосферного воздуха на площади около 80 см2 скорость потока превышала 1 м/с, величина потока составляла более 7 л/с.

Представлены результаты экспериментальных исследований по осаждению кремния солнечного качества из моносилана с использованием электронно-пучковой плазмы. На лабораторном оборудовании достигнуты скорости осаждения кремния на уровне 40 г/ч при энергозатратах на процесс 78 (кВт⋅ч)/кг со степенью превращения моносилана около 50 %. Анализ химического состава показал, что полученный материал по уровню концентраций примесей соответствует кремнию солнечного качества. Предложенный метод является перспективным для промышленной реализации.

Измерены параметры плазмы магнетрона на больших расстояниях, в несколько раз превышающих диаметр катода. Зондовым методом измерены температура и плотность плазмы, составляющие 1,4 эВ и 6⋅1010 см-3, соответственно. Получены зависимости плотности и температуры плазмы от потока аргона при нанесении покрытия TiAlN. Получена очистка подложки ионным распылением перед нанесением покрытия при напряжении смещения на подложке более 200 В.

Проведено экспериментальное исследование отключающей способности вакуумной дугогасительной камеры (ВДК) с однородным поперечным магнитным полем, формируемым системой постоянных магнитов. При шунтировании емкостью 0,5 мкФ ВДК отключала постоянный ток до 150 А в диапазоне изменения индукции магнитного поля В = 100—180 мТл. Отключающую способность ВДК удалось увеличить до 300 А при В = 120— 160 мТл путем введения неоднородности в распределение магнитного поля вблизи поверхности контактов.

Получена полуэмпирическая модель расчета распространения частотно-модулированных волновых пакетов светового излучения в слабоионизованной разреженной атмосфере. Показано влияние учета дисперсионных поправок к оптическим свойствам атмосферы на результаты численного моделирования.

Показана аналогия между теорией устойчивости тангенциальных разрывов в идеальной жидкости в обычной гидродинамике и бесстолкновительной неизотермической плазме с Te >> Ti. Отличие связано с особенностью дисперсии ионно-звуковых волн в неизотермической плазме в области коротких длин волн, в которой существенным становится нарушение квазинейтральности плазмы и дисперсионная кривая стремится к ионной ленгмюровской частоте.

Рассмотрены модели возникновения 1/ƒ-шума в полупроводниковых структурах как результаты барьерного эффекта и пуассоновского процесса. Дано объяснение наличию пределов значения степени у в эмпирической формуле 1/ƒy.

Обсуждены свойства коллективных явлений, в частности, фазовых переходов в различных статистических системах. Рассмотрены явления, типичные с точки зрения статистической физики и математических методов описания, которые, однако, возникают в статистических ансамблях “частиц” иной природы. Это, в частности, дает возможность применять классические методы и понятия статистической физики к анализу систем, ранее не относящихся к области физики, в том числе там, где ключевую роль играет человеческий фактор. В качестве конкретного примера рассмотрены неравновесные фазовые переходы в автотранспортных потоках.

Путем решения уравнения движения элементов среды под действием упругих напряжений получены аналитические выражения для продольной (квазипродольной) и двух поперечных (квазипоперечных) ультразвуковых волн в любом произвольном кристаллографическом направлении кубических кристаллов. Пространственная анизотропия скорости ультразвуковых волн в монокристаллах никеля и меди демонстрируется указательными поверхностями скоростей и численными оценками их разброса.

На основе анализа температурных флуктуаций критических кластеров при фазовом переходе пар — жидкость получено полуэмпирическое соотношение, определяющее температурную зависимость поверхностного натяжения простых веществ в широком интервале температур от точки плавления до точки их кипения. Получена формула для температурного коэффициента поверхностного натяжения. Соотношение выполняется с удовлетворительной точностью для широкого круга элементов таблицы Д. И. Менделеева. Оно указывает на связь капиллярных и теплофизических характеристик веществ в широком температурном интервале.

С помощью моделирования методами молекулярной динамики и Монте-Карло исследуется функция распределения микрополя в кластерах. Полученные результаты сравниваются с распределением микрополей в неограниченной плазме. Показано, что рассчитанные распределения имеют те же асимптотики. Положение же максимума и наличие дополнительных экстремумов зависят от типа и размера кластера. Исследована зависимость математического ожидания и дисперсии функции распределения микрополя от числа частиц в кластере.

Рассмотрена модель релятивистского сгустка излучателей с заданной пространственной неопределенностью. Обсуждены вопросы когерентного излучения, связанные с временной и пространственной когерентностью излучателей. Рассчитанные спектральноугловые характеристики позволяют судить о доли когерентного излучения относительно полных радиационных потерь сгустка. Представлены зависимости спектрально-угловых характеристик от плотности излучателей в сгустке, в том числе и при плотности излучателей один электрон на длину волны.

По поведению волновой функции нестационарной задачи определена плотность тока электрона в водородоподобном атоме, находящемся во внешнем сильном однородном высокочастотном монохроматическом поле. Показано, что индуцированное атомным электроном электромагнитное поле может заметно отличаться от монохроматического и содержать высокие нечетные гармоники частоты внешнего поля. Такой механизм генерации гармоник отличается от механизма, обусловленного туннелированием атомного электрона в сильном электромагнитном поле, и доминирует в условиях, когда туннелирование отсутствует. Его следует считать проявлением нелинейной поляризации атома в сильном высокочастотном поле.

Обсуждены публикации последних лет, инициированные работами [1—3] и посвященные электродинамике сред, в которых существуют волны с отрицательной групповой скоростью. Свойства таких волн изучались еще в начале прошлого столетия, а наиболее важные результаты в этой области были получены советскими физиками в 40- и 50-е годы. Однако большинство авторов работ последних лет этого обстоятельства не учитывают.

Квантовая теория трансформации детерминированного электромагнитного поля во флуктуирующее имеет дело с двумя механизмами трансформации: квантовое некогерентное рассеяние в элементарном акте с изменением квантового трансляционного состояния рассеивателя и рассеяние на флуктуациях среды. В газовых средах оба механизма независимо приводят к формуле Рэлея, удваивая тем самым традиционный результат. Теория электромагнитных волн во флуктуирующих средах предсказывает наличие бозонного пика, который может маскироваться сильной зависимостью поляризуемости среды от частоты.