Статья: Основные итоги исследований в области физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза в России в 2008 году (2009)

Исследовано взаимодействие гиротрона со слабо отражающей колеблющейся удаленной мембраной. По окончании переходного процесса, длительность и характер которого зависят от очередности включения гиротрона и акустического модулятора мембраны, мощность генератора становится модулированной с частотой колебаний нагрузки. При перемещении мембраны вдоль луча на половину длины волны сценарий взаимодействия генератора с нагрузкой полностью воспроизводится.

Дано описание оптической схемы и конструкции четырехчастотного поляризационного микроскопа для одновременной регистрации изображения плазмы в диапазоне длин волн 0,4—1,1 мкм с пространственным разрешением 12 мкм во всем спектральном диапазоне. Продемонстрирована эффективность использования такого микроскопа для исследований плазмы, возникающей при воздействии лазерного излучения на мишень. Получены изображения плазмы на частотах ω0, 3/2ω0, 2ω0, 5/2 ω0, где ω0 соответствует частоте греющего излучения. Определен коэффициент трансформации греющего излучения в гармоники 2ω0, 3/2ω0, 5/2ω0, генерируемые в плазме.

На основе точного решения уравнения Ланжевена рассчитана спектральная плотность флуктуаций фототока обратносмещенного p-n-перехода с короткой базой SJph(ω) для случая омического и блокирующего контактов к базе. Показано, что так же, как и в случае p-n-перехода с длинной базой, в случаях омического и блокирующего контактов к базе SJph (ω) в достаточно широком частотном диапазоне определяется формулой Шоттки. При этом вне зависимости от структуры p-n-перехода на высоких частотах шумы фототока обусловлены случайным характером процессов рассеяния, а на низких частотах — случайным характером процессов фотогенерации и рекомбинации.

На основе точного решения уравнения Ланжевена рассчитана спектральная плотность флуктуаций диффузионного тока обратносмещенного p-n-перехода с короткой базой SJd для случаев омического и блокирующего контактов к базе. Показано, что так же, как и в случае р-n-перехда с длинной базой в случае омического и блокирующего контактов к базе SJd в достаточно широком частотном диапазоне указанная спектральная плотность определяется формулой Шоттки. При этом на высоких частотах шумы диффузионного тока обусловлены случайным характером процессов рассеяния, а доминирующий механизм шума на низких частотах определяется типом контакта к базе.

Исследовано прохождение концентрированного пучка в выводном устройстве генератора электронно‐пучковой плазмы на основе анализа изменения таких параметров пучка, как диаметр и эмиттанс. Дан анализ их эволюции на заключительном участке выводного устройства, характеризующемся высоким градиентом концентрации частиц натекающего газа. Главное внимание уделено влиянию магнитного поля на закономерности распространения пучка. Показано, что фокусировка способствует не только уменьшению поперечных размеров пучка, но и снижению темпа роста эмиттанса.

Проведен компьютерный расчет модели плазменного слоя у непроводящей поверхности в пучково‐плазменном разряде (ППР) при слабом магнитном поле в камере. Правильность результатов компьютерного расчета подтверждена экспериментальными данными. На основе результатов компьютерного расчета выбран оптимальный режим травления GaAs в плазмохимическом реакторе на основе ППР. Проведен также расчет аналогичной модели для режимов напыления алмазноподобных пленок.

Показано, что на основе ранее обнаруженного эффекта генерации в пучково‐плазменном разряде (ПРР) ионного потока от оси разряда может быть создан плазмохимический реактор для низкоэнергетичного травления полупроводниковых структур. Здесь показана возможность простого управления плотностью и энергией ионного потока путем изменения потенциала коллектора разряда. Реализованы средства компенсации заряда ионного потока, падающего на непроводящую поверхность, с помощью модуляции потенциала держателя подложки, а также путем модуляции потенциала плазмы.

В факельном СВЧ‐разряде в струе аргон‐водород‐метановой смеси газов, истекающей в герметичную камеру при давлении, близком к атмосферному, на подложках из кварца, сплава ВК-6 и молибдена получены алмазные пленки различной структуры методом плазменно‐газофазного осаждения. Представлены изображения структуры пленок и спектры их комбинационного рассеяния. Оптические спектры плазмы в условиях роста пленок показали присутствие интенсивного излучения линии Hα водорода и полос радикала С2.

Представлены два варианта конструкции нового электродугового плазматрона, даны их конструктивно‐сборочные чертежи и спецификации. Приведены результаты измерений удельной эрозии анода, оказавшейся на 4—5 порядков величины ниже традиционного уровня. Рассмотрены особенности рабочего процесса нового источника плазмы: вид вольт-амперной характеристики разряда, указания на диффузный характер анодной привязки дуги, проявления химической активации газов, подаваемых в технологический канал плазматрона.

Радиационные повреждения в многослойных зеркалах, планируемых для литографии нового поколения, так же, как и деградация материалов термоядерных реакторов, могут быть связаны с образованием вакансионно‐газовых дефектов (блистеров) в кристаллической решетке. Разработка численной модели гетерогенного фазового перехода, рассматриваемого как процесс кластеризации зародышей в “открытой” плазмоподобной среде, включает в себя использование метода стохастического аналога решения квазилинейных уравнений математической физики устойчивыми методами и открывает новые возможности в оценке рабочих качеств оптической системы, анализа механизмов фазового перехода 1-го рода на его неравновесной стадии и формирования шероховатости на границах слоев конструкционных материалов.

Разработана физическая модель, позволяющая применять компьютерный код КАРАТ для моделирования квазистационарного состояния пучково‐плазменного разряда с регенерацией плазмы из нейтрального газа. Представлены результаты моделирования режимов с различными потенциалами на коллекторе разряда. Приведено сравнение результатов для ″изолированных“ и заземленных приемников ионов.

Приведены результаты теоретического и экспериментального исследований спектра видимого излучения импульсно‐периодического разряда высокого давления в цезии. Сравнение результатов расчетов с экспериментом показало хорошее совпадение расчетных и экспериментальных спектров разряда и подтвердило предсказанную ранее теоретически возможность реализации разряда, являющегося эффективным источником света с рекомбинационным механизмом излучения. Рассмотрены механизмы формирования сплошного спектра излучения разряда.

Проведены экспериментальные исследования возбуждения микроплазменных разрядов на поверхности титановых образцов, помещенных в однородный импульсный плазменный поток. В результате сильного локализованного взаимодействия микроплазменных разрядов с титаном в его приповерхностном слое происходят быстрое плавление и остывание участков поверхности титана микронного размера. В результате такого многократного воздействия микроплазменных разрядов на поверхности титана формируется сплошной переплавленный слой толщиной до 20 мкм, который характеризуется сильноизмененными физическими, структурными и триботехническими свойствами материала.

Представлены результаты численного анализа бесстолкновительных дрейфовых неустойчивостей применительно к магнитным конфигурациям с чисто полоидальным магнитным полем. Рассмотрены неустойчивости, связанные с градиентами ионной и электронной температур, а также плотности плазмы в широком диапазоне волновых чисел. Для конфигураций с неоднородным магнитным полем сформулирована электромагнитная модель с учетом конечного давления плазмы и кривизны магнитных силовых линий.

На основе различных математических моделей установлены принципы оптимизации параметров работы электролизера, реально используемого в отечественной промышленно сти для производства алюминия.

Предложена обобщенная синергетическая наноструктурная модель взаимосвязи температуры стеклования и структуры полимерных материалов. Эта модель учитывает специфический для полимеров фактор — гибкость полимерной цепи. В рамках этой модели температура стеклования является точкой бифуркации, соответствующей вырождению нанокластеров.

На базе теории графов рассмотрены строение и физико‐химический смысл ПНС (порядковый номер связь)-матриц, квазиПНС‐матриц (являются видоизмененным вариантом ПНС‐матрицы) и ЭП‐матриц (электроотрицательность‐полярность). Десятичные логарифмы значении детерминантов этих матриц являются эффективными топологическими индексами для построения и исследования корреляционных уравнений “строение— физико‐химические свойства”. Показана высокая точность полученных корреляций.

Рассмотрены возможности и исследованы свойства распределения A ⋅exp((x - c)2 / /(a(x - c) +2b2)). Представлены методы его использования для аппроксимации с учетом полноты и качества исходных данных. Для удобства приведены соответствующие аналитические выражения и таблица. Применение методов иллюстрировано численными примерами. Возможности использования этого распределения определены его родством с экспоненциальным и нормальным распределениями. Предложенные методы иллюстрированы применениями к исследованию каскадов ультравысоких энергий.

Обратимость уравнений — необходимое, но недостаточное условие обратимой эволюции. Необратимость — следствие некоммутативности. Из требований к дискретным симметриям найдена композиция альтернативных пропагаторов на неабелевых группах, содержащая необратимость. В замкнутой системе с взаимодействиями, описываемой только обратимыми уравнениями, могут сосуществовать обратимые и необратимые процессы. Найдены геометрическая интерпретация и функционал, который может служить мерой необратимости.

Степенной характер энергетического распределения космических лучей (КЛ) в широком диапазоне энергий свидетельствует об их деградационном происхождении. Иными словами, каскад КЛ является степенным не потому, что он ускоряется в ударных волнах или электромагнитных полях, а потому, что он каскад. Анализ и сравнение спектров КЛ с типичными деградационными спектрами каскадных процессов позволяют сделать выводы о кинетике процессов возникновения и распространения КЛ, в частности, о дифференциальных вероятностях потери энергии, о вкладе каскадности, а также оценить энергию и количество первичных частиц КЛ.