Статья: Моделирование предельных возможностей низкотемпературного охлаждающего термоэлемента (2008)

Рассмотрены различные конструкции инжекторов заряженных частиц и ускорителей для моделирования столкновения микрометеоритов с материалами элементов конструкций космических аппаратов в лабораторных условиях. Показана эволюция таких устройств и предложены пути их дальнейшего развития.

Приведены результаты исследования экспериментальных образцов биполярного магнитотранзистора с базой в кармане (БМТБК). Установлена связь разбаланса выходных характеристик и дифференциальной чувствительности с отрицательным сопротивлением входных характеристик БМТБК. С помощью приборно-технологического моделирования определены физические эффекты, характеризующие особенности БМТБК.

Представлены результаты исследований последних отечественных разработок высокочувствительных черно-белых ПЗС-камер для оптических телескопов. На примере ПЗС-камеры SDU-259 (ООО “Спецтелетехника”, Москва) показана возможность ее работы в качестве цифрового телеподсмотра гидов больших оптических телескопов. В САО РАН создана модифицированная ПЗС-камера SDU-259C, оснащенная термоэлектрическим холодильником. Приведены ее характеристики и результаты ее исследований на 10-дюймовом телескопе “MEADE LXD-55 10in”.

Исследованы диэлектрические свойства нанокомпозитов, сформированных на основе наночастиц CdS и поливинилового спирта. Изучены зависимости диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь образцов от частоты электрического поля (200 Гц—1 MГц) в интервале температур 293—473 K. Показано, что диэлектрическая проницаемость увеличивается с ростом температуры и уменьшается с увеличением частоты. Характер изменений объясняется дипольно-ориентационным и дипольномиграционным механизмами поляризации, происходящими в нанокомпозитах. Эти поляризации происходят в самом полимере, между разными фазами полимера и между полимером и наночастицами.

Исследовано влияние термического отжига на свойства поверхности эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe.

Представлены конструкции ряда устройств на основе анизотропных оптикотермоэлементов, используемых для регистрации излучения. Показана перспективность их использования в качестве безмодуляционных неселективных координатно-чувствительных линеек и приемников, предназначенных для определения координат лучистых потоков в широких спектральном и динамическом диапазонах.

Во время отжигов, проводимых при изготовлении приборов с зарядовой связью (ПЗС), в объеме кремниевых пластин продолжается образование микродефектов. Предварительно созданная свободная зона остается бездефектной. Оказалось, что после первого длительного отжига в пластинах, прошедших полный цикл создания внутреннего геттера, эффективный геттер успевает образоваться уже при содержании кислорода больше, чем 6,5·1017 см-3, а в пластинах, прошедших только отжиг при 1150 °С, — больше чем 7,4·107 см-3. Это позволяет либо расширить диапазон начальных концентраций кислорода, либо проводить только отжиг при 1150 °C.

Исследована релаксация электрических свойств легированных As и Sb эпитаксиальных слоев HgCdTe, подвергнутых ионному травлению (ИТ). Показано, что образованные при ИТ донорные комплексы, ответственные за конверсию типа проводимости материала из исходного p-типа в n-тип, являются нестабильными. Установлено, что процессом, ответственным за релаксацию, является распад донорных комплексов, начинающийся после окончания процесса ИТ и вызванный уменьшением концентрации атомов междоузельной ртути, образующихся при ИТ.

Экспериментально исследованы свойства границ раздела HgCdTe с двухслойным диэлектриком SiO2 /Si3N4 и с анодным оксидом с помощью МДП-структур, созданных на основе гетероэпитаксиального HgCdTe, выращенного методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Показано, что двухслойный диэлектрик SiO2 /Si3N4 хорошо подходит для пассивации поверхности матричных фотодиодов из-за возможностей управления зарядами в диэлектриках и на границе раздела.

Найдена эффективная ионно-оптическая система ионного источника с холодным катодом для формирования ионного пучка диаметром до 150 мм с неоднородностью плотности ионного тока не более 5 % и энергией ионов от 1 до 3 кВ. Такие параметры пучка позволяют проводить травление полупроводниковых материалов без радиационных повреждений и недопустимых тепловых нагрузок при плотности ионного тока до 1 мА/см2. Методом компьютерного моделирования определены параметры ионного пучка на выходе из разрядной ячейки, гарантирующие требуемую однородность плотности ионного тока при мультиплицировании разрядных ячеек, а также геометрические размеры электродов, обеспечивающие эти параметры.

Рассмотрены аберрации и предельное разрешение ахроматического масс-спектрометра с секторным однородным магнитным полем и с электростатической системой, состоящей из иммерсионной трехэлектродной призмы и трансаксиальной линзы.

Исследованы характеристики одно-, двух- и четырехступенчатых коллекторов для ламп бегущей волны (ЛБВ) с различными отношениями их размеров и длины замедленной волны; определены отличия результатов расчета при нестационарном и стационарном подходах и влияние остаточной группировки пучка. Рассмотрена динамика образования виртуального катода при торможении моноскоростного и модулированного электронных пучков.

Рассмотрены некоторые методологические особенности решения задач оптимизации интенсивных пучков заряженных частиц на примере модельной задачи о пушке Пирса. Исследованы поведение функции цели, ее чувствительность к изменению параметров, поэлектродный подход к оптимизации.

Приведены некоторые результаты (в основном полученные впервые) исследований плазменных диодов и пучковой плазмы. Работы проводились в Сухумском физико-техническом институте, в Физическом институте им. П. Н. Лебедева (ФИАН) и в Институте общей физики им. А. М. Прохорова (ИОФРАН). Обзор работ разбит на четыре части. В первой части рассмотрены работы по исследованию плазменных диодов, во второй части — работы по созданию генераторов импульсного напряжения, ускорителей электронов прямого действия и использованию релятивистских электронных пучков (РЭП) в прикладных целях.

Рассмотрены генераторы стационарной электронно-пучковой плазмы, основанные на выпуске в плотную среду концентрированных пучков сквозь газодинамические окна. Впервые представлена классификация подобных устройств как по методам снижения натекания газа из рабочего объема, где создается плазма, так и по реализуемым в них типам транспортировки пучков в управляемых магнитных полях. Дан анализ, позволяющий выбрать наиболее перспективные методы для создания малогабаритных генераторов.

Рассмотрена задача влияния на устойчивость магнитогидродинамического (МГД) тангенциального разрыва (ТР) факторов сжимаемости и магнитной вязкости плазмы. Моделированы различные состояния по сторонам разрыва намагниченной электропроводящей среды в приближении нулевой толщины ТР. Полученные результаты объясняют существующие противоречия и представляют интерес для исследователей, занимающихся проблемами динамики плазмы.

Предложен метод и приведена принципиальная оптическая схема системы для исследования рассеяния излучения в широких угловом и спектральном диапазонах. Реализованный в данной работе спектральный диапазон составил Δλ = 400—1900 нм, угловой — 90°. Данный метод, в зависимости от типа регистрирующего элемента и длины волны излучения позволяет регистрировать энергию рассеянного излучения, начиная со значения 8,4·10-13 Дж. Предложенный метод применен в экспериментах, по результатам которых построены угловые диаграммы рассеяния излучения.

Предложена оригинальная методика зондовых измерений. На ее основе измерены распределения параметров прианодной плазмы в микроплазменном источнике и предложена теоретическая модель. Показано резкое возрастание концентрации плазмы в прианодной области, подтверждающее предположение о механизме ступенчатой ионизации. Результаты расчета концентрации плазмы удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными.

Определены и изучены цветовые характеристики многокомпонентных высокомолекулярных углеводородных систем (УВС). Исследования проведены в колориметрических системах XYZ и RGB. Установлены линейные зависимости между цветовыми характеристиками и различными физико-химическими свойствами исследуемых веществ. Выводы подтверждены статистической обработкой данных.

Дан обзор способов умягчения и снижения щелочности воды. Рассмотрен метод электродиализного обессоливания воды с использованием ионообменных мембран. Проведено математическое моделирование этой задачи. Воспроизведены численные расчеты модельных задач.

Разработана модель недавно открытого эффекта генерирования электрического сигнала в воде, нагреваемой лазерным излучением с интенсивностью ниже порога плазмообразования. Получено, что амплитуда электрического сигнала, обусловленного диффузионным разделением ионов H+ и OH–, в отсутствие взрывного вскипания воды не превышает 10 мВ. В случае возникновения взрывного вскипания и формирования паровой полости, в которой напряженность электрического поля в десятки раз больше, чем в окружающей жидкости, амплитуда электрического сигнала достигает сотен милливольт.

Пучок электронов с энергией до 400 кэВ, длительностью импульсов на полувысоте 1,5 нс облучает сердцевину кварцевого ступенчатого и градиентного волоконных световодов. Проведено измерение коэффициента потерь света в видимой области спектра путем просвечивания волокна ксеноновой лампой-вспышкой. Показано, что под воздействием ускоренных электронов волокно интенсивно люминесцирует. Доза в 0,01 Гр на длине световода 10 м возбуждает радиолюминесценцию волокна, что приводит регистратор к насыщению и потере полезной информации.

Рассчитана скорость декогеренции ансамблевых кубит в виде цепочек изотопа 29Si в кремниевом вычислительном кластере в зависимости от количества атомов n в них и степени когерентности M. Установлено, что скорость декогеренции выше скорости релаксации ядерной поляризации при наличии локального электронного центра, а ее величина снижается с ростом расстояния от кластера до центра. Показано, что скорость релаксации преобладает над скоростью декогеренции либо в отсутствие электронного центра, либо в случае n=10 и расстоянии до электронного центра 10 нм.

Рассмотрены ранее нерешенные задачи термодинамики: расчет теплоты фазовых переходов первого рода, численный анализ уравнения Клаузиуса—Клапейрона.