Статья: Импульсные аналоги кавитационных систем (2008)

Рассмотрены возможные пути конструирования сверхмощных магнетронов с рабочей частотой порядка 1 ГГц, фиксированным рабочим напряжением 50—80 кВ и примерно одинаковой во всех вариантах индукцией магнитного поля в диапазоне порядка 0,1 Тл.

Проведен анализ инфракрасных “собственных” и в отраженных лучах (λ = 2,9 мкм) изображений флип-чип-светодиодов на основе p-InAsSbP/n—InAsSbP/n+—InAs, включая изображения, получаемые при прямом и обратном смещениях p-n-перехода. Дана оценка коэффициентов отражения от омических контактов и сделаны предположения о соотношении величин контактного и объемного сопротивлений.

Сообщено о разработке нового поколения 256-канальных фотоприемных устройств, предназначенных для использования в оптикоэлектронной аппаратуре различного применения, работающей в областях спектра ИК-излучения 1—3 и 3—5 мкм.

Представлено численное решение задачи расчета усредненной энергии продольного движения реального электронного пучка в магнитном поле.

В краткой форме 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 (ИОФ РАН). Обзор работ разбит на четыре части. В четвертой части рассмотрены работы по транспортировке пучка, его энерговкладу и газодинамические процессы под воздействием пучка. Кратко даны основные результаты проведенных работ.

Предложен новый физический механизм работы коммутатора на основе эффекта возникновения приграничного электронного слоя при облучении металлической мишени мощными лазерными импульсами. Рассмотрены физическая модель коммутатора и возможные варианты его исполнения.

Предложена теория быстрых химических реакций с тепловыделением в турбулентных струях. При изучении подобных систем возникают две взаимосвязанные проблемы описания крупно- и мелкомасштабного смешения реагентов. Первая из них решается на основе модели захвата внешней среды, происходящего на границе турбулентной струи и внешней ламинарной среды [1—3]. Вторая, связанная с оценкой эффективной скорости реакции, рассмотрена в рамках представлений о турбулентной среде как совокупности независимых турбулентных вихрей, при случайных контактах которых происходят обмен реагентами и реакция между ними. Проведенные расчеты продемонстрировали лавинообразный характер развития реакционного процесса, а также существенную роль локального тепловыделения в процессе смешения реагентов. При работе плазменных реакторов (с использованием микропузырьковой технологии) по обеззараживанию ряда промышленных сточных вод с высоким содержанием органических примесей периодически возникает переход горения в детонацию, что может приводить к разрушению конструкции реактора. Поэтому исследования протекания быстрых реакций в турбулентных потоках, инициированных плазменным поджигом, является актуальной научно-технической проблемой.

Предложен метод эффективного уменьшения растворенных в воде веществ до предельно допустимой концентрации (ПДК) и сжигания микроорганизмов и микроводорослей в воде с помощью объемно-диффузионного разряда в пузырьковой жидкости. Проведены экспериментальные исследования по обеззараживанию плазменным разрядом сточных вод, содержащих фенол, и вод с микроорганизмами, водорослями и бактериями со штаммом

Методом магнетронного распыления получены пленки оксида титана TiOх (1<х<2) с регулируемым показателем поглощения. Измерены спектральные характеристики полученных тонких пленок. Спектрофотометрическим методом определены толщины и комплексные показатели преломления. Методом электронного парамагнитного резонанса обнаружены парамагнитные ионы Ti3+ в исследуемых покрытиях. Установлена структура пленок.

В магнетронном разряде при токах выше критического, величина которого лежит в пределах 15—30 А, происходит переход из тлеющего разряда в поперечном магнитном поле в дуговой. В настоящее время проблема дугогашения решается за счет применения импульсных и ВЧ-источников питания. В настоящей работе предложен альтернативный метод увеличения предельного тока магнетронного разряда за счет увеличения сопротивления разрядного промежутка с помощью дополнительного прианодного поперечного магнитного поля и прерывания тока дуги с использованием секционирования токоприемной поверхности анода.

На основе коаксиальных резонаторов, центральный электрод которых выполнен в виде спирали, разработаны компактные ЭЦР-источники плазменного потока CERA-RHI и потока диссоциированных молекул CERA-RHD. Предполагается их использование в научных исследованиях и в вакуумно-плазменных технологиях, а CERA-RHI — также в качестве двигателя коррекции орбит легких космических аппаратов.

Рассмотрена возможность использования нормального эффекта Доплера для подавления обратной связи в конечной плазменно-пучковой системе. Приведены результаты численного моделирования, полученные с использованием нестационарного электродинамического вычислительного кода КАРАТ и результаты физического эксперимента для СВЧ-усилителя в диапазоне частот 2—3 ГГц.

Рассмотрены вопросы моделирования структуры начальной стадии электрического пробоя газов при учете развития случайного множества лавин с применением методов теории перколяции. Применение аппарата теории перколяции позволяет не только оценить порог пробоя как возникновение кластера, замыкающего промежуток, и скорость продвижения плазменного образования, но и оценить топологические особенности образованного квазиплазменного объекта. Произведено сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными.

В рамках теории лавинных разрядов определена зависимость напряжения электрического пробоя газа Ub от произведения расстояния d между анодом и катодом и давления р газа при наличии постоянного внешнего ионизатора в разрядном промежутке. Рассмотрен случай, когда пространственный заряд, созданный внешним ионизатором, не искажает электрическое поле в разрядном промежутке. При отсутствии внешнего ионизатора полученная зависимость сводится к известному выражению напряжения пробоя газа (закону Пашена).

Подведены итоги исследований процессов формирования переходной области в структурах типа “металл—керамика” на примере ортопедических стоматологических материалов — лейцитовой стеклокерамики в сочетании с Ni—Cr- и Co—Cr-сплавами. Рассмотрены физико-химические особенности формирования оксидного переходного слоя “металл—керамика” при синтезе образцов в полях мощного электромагнитного излучения. Спекание металлокерамики под воздействием сильных СВЧ-полей приводит к получению материала с плотной микроструктурой без микротрещин и отслоений керамики от металлической подложки. В переходной зоне наблюдаются аномальная диффузия и перераспределение ионов хрома, кислорода и других элементов. Важным следствием этих структурных и фазовых отличий является существенное возрастание сил сцепления керамики с металлом, что указывает на практические преимущества новой технологии.

Проведены экспериментальные исследования сильного локального взаимодействия микроплазменных разрядов с образцами из конструкционной стали 45. Установлено, что в приповерхностном слое этих образцов, обработанных микроплазменными разрядами, формируется переплавленная область, которая характеризуется сильно измененными физикохимическими свойствами стали. Показано, что шероховатость, микротвердость, износостойкость и другие свойства обработанных образцов из стали 45 значительно отличаются от соответствующих исходных значений.

В условиях ионного циклотронного резонансного (ИЦР) нагрева водородной плазмы измерено сопротивление излучения полоидальной антенны, установленной в вакуумной камере в установке “Стелларатор Л-2М”. Получена зависимость сопротивления излучения антенны от средней плотности плазмы. В условиях, когда магнитное поле в установке меньше резонансного циклотронного для греющего высокочастотного излучения частотой 20 МГц, обнаружено возбуждение в плазме до десяти тороидальных резонансных мод колебаний с различными волновыми числами K = 1— 10 м-1. Эти же моды получены в результате компьютерного моделирования процессов возбуждения и распространения быстрых магнитозвуковых волн. Подтверждено возбуждение тороидальных мод в плазме с помощью магнитных зондов. Путем моделирования сигналов магнитных зондов и их сравнения с экспериментальными данными установлено, что тороидальные моды возникают при распространении быстрых магнитозвуковых волн в направлении тороидального магнитного поля стелларатора.

После боронизации вакуумной камеры на стеллараторе Л-2М был обнаружен режим удержания плазмы с краевым транспортным барьером (КТБ). В зависимости от удельной мощности нагрева наблюдаются два режима удержания плазмы в стеллараторе Л-2М: явно выраженный режим c КТБ, в котором наблюдается скачок температуры на краю плазмы и резкое возрастание градиента Те в этой области, и режим без КТБ, в котором Те плавно спадает к краю плазмы. Величина пороговой мощности для перехода в режим КТБ в стеллараторе Л-2М Pth = 8·1018 ne кВт. Величина Pth и вид зависимости Pth/ne с точностью до ~ 1,5 совпадает со скэйлингом для токамаков. В режиме с КТБ наблюдается уширение профиля Te(r) в центральной части плазмы. Энергия плазмы W в режимах с и без КТБ различается незначительно. Наблюдается статистически значимое различие в зависимости W(P), а в зависимости W (ne) — нет. Статистический анализ флуктуаций турбулентного потока на краю плазмы показывает значительное снижение потока частиц при переходе в режим КТБ.

Рассчитаны параметры плазмы и спектр излучения импульсно-периодического разряда атмосферного давления в цезии. Показано, что в широком диапазоне параметров исследованный разряд является эффективным источником света с рекомбинационным механизмом излучения. Проведено сравнение результатов моделирования, выполненных в рамках одно- и двухтемпературной моделей. Показано, в частности, что правильное определение значения максимального напряжения на разряде возможно только в рамках двухтемпературной модели.

В СВЧ-разряде факельного типа в аргон-водород-метановых смесях при атмосферном давлении реализовано осаждение алмазных пленок. Определены параметры плазмы в факеле, исследованы оптические спектры плазмы в условиях роста пленок. Представлены результаты анализа структуры углеродных пленок методом рамановского рассеяния.

Подведены итоги работы ежегодной XXXV Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, состоявшейся в г. Звенигороде 11— 15 февраля 2008 г. Проведен анализ развития основных направлений исследований и определены тенденции развития физики плазмы в России.

Рассмотрены математическая модель частного случая многопузырьковой кавитации и основанный на ней способ непараметрического усиления сжатия пузырьков в фазе коллапса. Усиление осуществляется за счет амплитудно-фазового управления несколькими порождающими кавитацию и независимыми одна от другой плоскоупругими гармоническими волнами одинаковой частоты. Дано описание экспериментальной установки и натурного эксперимента, результаты которого подтверждают адекватность модели и осуществимость способа.

На основе анализа температурных флуктуаций критических кластеров при фазовом переходе пар—жидкость получено полуэмпирическое соотношение, связывающее теплофизические и капиллярные свойства простых веществ вблизи их температуры кипения. Это соотношение учитывает корреляции теплофизических и капиллярных свойств, отмеченные ранее рядом авторов, и указывает на новую корреляцию. Оно выполняется в широком интервале температур кипения для большинства металлов. Предложен независимый масштаб для размера критических кластеров.