Статья: Основные достижения в исследованиях по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу в России в 2006 году (2007)

Для сегодняшнего дня актуально решение ряда технических задач, связанных с расширением применения оптических систем, работающих одновременно в широких спектральных диапазонах: видимом (400—650 нм), ближнем ИК-диапазоне (700—600 нм), в том числе на рабочих длинах волн лазерных излучателей л = 1064, 1540 нм, а также дальнем ИК-диапазоне, л = 3000—14000 нм. Отражены основные этапы промышленного освоения изготовления гиперспектральной оптической среды – поликристаллического селенида цинка (ZnSe).

Описан подход к автоматическому дешифрированию нескольких разноспектральных изображений одной сцены, где основными компонентами приняты сама сцена, признаки объектов, зона интереса объекта и сегментация зоны интереса. Примененные понятия зоны интереса и расстояния, заданного в признаковом пространстве, позволяют выстроить методы совместного дешифрирования произвольного числа изображений. Все изложенные результаты иллюстрируются на примерах дешифрирования конкретных трех спектральных изображений.

Обсуждены проблемы проектирования схем считывания для матриц ИК-фотодиодов диапазона длин волн 3—5 мкм и их потенциальные функциональные возможности. Обоснован выбор маршрута изготовления схемы считывания для матрицы фотодиодов формата 128X128 и рассмотрены конструктивные особенности данной схемы, а также приведены ее характеристики.

Представлена новая теоретическая модель фоточувствительности пористого кремния, в которой учитывается рекомбинация фотоносителей на поверхности сферических пор. В предположении однородной генерации фотоносителей и диффузионного характера их движения получена формула для фотопроводимости пористого полупроводника. Показано, что фоточувствительность пористого кремния сильно зависит от скорости рекомбинации фотоносителей на поверхности пор, их радиуса и среднего расстояния между порами.

Приведены результаты разработки фотоприемного устройства с радиационно-охлаждаемым фоторезистором из КРТ на спектральный диапазон 2—16 мкм, работающим при температурах от 80 до 100 К, которое предназначено для комплектации Фурье-спектрометра ИКФС-2, используемого для исследований спектра излучения Земли. Удельная обнаружительная способность прибора D*( λmах, 10 кГц, 1) = (5—6)·1010 см Гц1/2 Вт-1

Представлены экспериментальные результаты по облучению ионами бора эпитаксиальных пленок КРТ с различными варизонными слоями в приповерхностной области материала. Показано, что наблюдаемые отличия результатов ионной имплантации в эпитаксиальные пленки МЛЭ КРТ с переменным составом в области внедрения имплантанта и объемный материал КРТ главным образом обусловлены различной динамикой накопления электрически активных радиационных дефектов и зависимостью электрофизических свойств материала от состава КРТ. Анализ распределения электрически активных дефектов по глубине облученного материала свидетельствует о том, что дополнительные факторы, связанные с наличием градиента состава в области внедрения имплантанта, не оказывают определяющего влияния на миграцию первичных радиационных дефектов.

Приведена феноменологическая теория распространения электронного пучка в плотной газовой среде, основанная на следующих теоретических и экспериментальных фактах: изменение плотности тока тонкого пучка на оси подчиняется закону Ленарда, изменение полного тока происходит практически линейно, а в поперечном направлении плотность тока пучка в газе распределена в соответствии с формулой Гаусса. Представлена оценка точности созданной модели. Рассмотрены варианты ее возможного использования.

При исследовании накопления пероксида водорода в растворе инертного электролита под действием тлеющего разряда атмосферного давления выяснено, что выход Н2О2 уменьшается с увеличением межэлектродного расстояния, что связано в свою очередь с возрастанием переноса пероксида водорода в газовую фазу под действием ионной бомбардировки поверхности раствора.

Получены пленки оксида титана с помощью низкотемпературной плазмы. На сканирующем электронном микроскопе изучена морфология поверхности, и методом рентгеноспектрального анализа исследованы состав и структура нанесенных покрытий оксида титана.

Представлены результаты численного моделирования пробоя плотного инертного газа электронами пограничного слоя при облучении металлической мишени мощными пикосекундными лазерными импульсами. Получено распределение температуры электронов внутри материала мишени. Создана более полная модель взаимодействия излучения с конденсированным веществом мишени, окруженной плотным газом. Определен температурный профиль (вид которого заметным образом влияет на процессы пробоя) электронной компоненты внутри конденсированного вещества с учетом нелинейного характера теплопроводности.

Экспериментально исследована генерация рентгеновского излучения в ЭЦР-разряде низкого давления. Показано, что спектр рентгеновских квантов экспоненциально спадает с энергией и может быть охарактеризован эффективной температурой. Максимальная энергия квантов достигает 200 кэВ при СВЧ-мощности 1 кВт.

Разработан компактный источник плазменного потока, ионный ток в котором достигает 20 мА, при мощности высокочастотного генератора, работающего в непрерывном режиме на частоте 2,47 ГГц, менее 20 Вт и при уровне магнитного поля, не превышающем 60 % от величины, соответствующей ЭЦР. Предполагается возможность его использования в качестве двигателя коррекции орбит легких летательных аппаратов.

Исследован процесс генерации активных частиц в подводном разряде с различной геометрией токопроводящего канала. Найдено, что эффективность образования H2O2 зависит как от прикладываемой к разряду мощности, так и от длины токопроводящего канала. Максимальная скорость генерации H2O2 составляет 3,6 10-3 ммоль/л с. Кинетика образования OH-радикалов исследована путем регистрации эмиссионного спектра в области 280— 400 нм. Показано, что эффективность генерации радикалов OH уменьшается с ростом длины капилляра.

Экспериментально и теоретически исследовался процесс ускорения ионов катодной струи низковольтного вакуумного искрового разряда. Показано, что при увеличении амплитуды разрядного тока Id возрастает скорость ионов, а также согласно соотношению Ic ос (Id)3 — величина ионного потока Ic, эмитированного из разрядного промежутка. Представлена простая гидродинамическая модель катодной струи, учитывающая сжатие плазмы собственным магнитным полем тока, хорошо описывающая наблюдаемую зависимость скорости ионов от амплитуды разрядного тока в диапазоне менее 10 кА. Обнаружено, что при больших токах рост указанных параметров прекращается, а их разброс в различных выстрелах резко возрастает.

Рассмотрены особенности формирования переходной зоны в структурах типа металл—керамика на примере лейцитовой стеклокерамики и Ni—Cr (Co—Cr)-сплавов при спекании в поле мощного сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения сантиметрового диапазона длин волн. Результаты микроструктурного и рентгеноспектрального анализа указывают на явные различия в механизмах формирования этой области у образцов, синтезированных в СВЧ-камере, и у образцов, получаемых по традиционной технологии в электровакуумной печи. Спекание металлокерамики под воздействием сильных СВЧ-полей приводит к получению материала с плотной микроструктурой без каких-либо микротрещин и отслоений керамики от металлической подложки. Важным следствием этих структурных отличий является существенное возрастание сил сцепления (адгезии) керамики с металлом, что указывает на практические преимущества разрабатываемой СВЧ-технологии.

Представлены эксперименты по синтезу озона в кислороде и воздухе под действием плазменного факела СВЧ-горелки. Получены данные об образовании озона при горении факела на аргоне, гелии и азоте. Проведены оценки эффективности образования озона. Этот простой способ генерации озона может успешно применяться в медицинской практике для стерилизации инструментов и сред.

Экспериментально исследовано сильное локальное взаимодействие импульсных микро-плазменных разрядов с металлическим кобальтово-хромистым (Co—Cr)-сплавом. Измерены значения электронной плотности и температуры импульсной плазмы, необходимые для устойчивого возбуждения микроплазменных разрядов на поверхности образцов из Co—Cr–сплава. В результате многократной микроплазменной обработки этих образцов в их приповерхностном слое формируется сплошная переплавленная область, характеризующаяся сильномодифицированными физико-химическими свойствами материала. После микроплазменной обработки поверхность образцов приобретает прочный микрорельеф, который улучшает поверхностную адгезию Co—Cr-сплава с керамикой при изготовлении различных металлокерамических структур.

Исследованы процессы распространения и затухания волн, возбуждаемых полоидальной антенной в водородной плазме на частоте ионного циклотронного резонанса (ИЦР). Выполнено измерение продольной компоненты волнового вектора и длины затухания, возбуждаемых в плазме волн, в режиме омического нагрева плазмы в стеллараторе Л-2М. Измерены зависимости длины затухания быстрых магнитозвуковых волн от величины магнитного поля и сопротивления излучения антенны от плотности плазмы. Подобные комплексные измерения не проводились ранее в экспериментах по ИЦР-нагреву водородной плазмы на первой гармонике ионной циклотронной частоты в тороидальных магнитных ловушках.

Рассмотрены различия в силовом и энергетическом состояниях молекул в объеме, на контактной и свободной границе конденсированной фазы. Причиной явлений смачивания и капиллярных эффектов может быть контактный скачок термодинамических параметров, возникающий вследствие различий параметров тепловых колебаний молекул по обе стороны от границы. В предлагаемой модели устранены принципиальные качественные ошибки классического подхода к интерпретации результатов измерений, отпадает необходимость введения больших количественных поправок.

Oпределено время жизни основных и неосновных носителей заряда в пленках МЛЭ CdHgTe p-типа при низких температурах. Обнаружено, что фотопроводимость в магнитном поле в геометрии Фарадея (Е ┴ ВI I k) имеет независящую от магнитного поля составляющую, обусловленную вкладом неравновесных основных носителей (дырок). Этот вклад может составлять до 20 % от амплитуды стационарной фотопроводимости, что приводит к завышению определяемого данным методом значения времени жизни электронов.

На основе модификации метода Ланжевена предложен новый метод численного моделирования стационарных флуктуационных явлений в полупроводниковых структурах и приборах. Основная система уравнений предложенного метода представляет собой систему линейных алгебраических уравнений для расчета корреляторов флуктуаций концентраций подвижных носителей и токов, обусловленных как случайным характером процессов генерации—рекомбинации, так и случайным характером процессов рассеяния, а не систему стохастических дифференциальных уравнений. Результаты численного расчета спектральной плотности шума тестового n+-p-перехода хорошо совпадают с аналитическим решением.

Исследована чувствительность пленок Pb1-хSnхTe: In в субмиллиметровом (терагерцовом) диапазоне длин волн при Т = 4,2 К и установлено возрастание тока при их освещении как лазером с А = 336,8 мкм, так и низкотемпературным абсолютно черным телом с TBB ≥ 20 К. Рассмотрены механизмы возникновения фототока и перспективы использования фотоприемников на основе Pb1-хSnхTe: In для визуализации изображения в терагерцовом диапазоне длин волн.

Изложены исследования фотолюминесцентных (ФЛ) свойств композиций на основе поливинилиденфторида (ПВДФ) и наполнителя CdS в интервале длин волн λ = 350—700 нм. Получены композиции с размером частиц наполнителя CdS 3—5 мкм и 20—35 нм. Спектры фотолюминесценции исследованы в области длин волн 300—1000 нм. Появление дополнительного максимума для композиции ПВДФ+ CdS с размером 3—5 мкм вызвано, по-видимому, слабыми межфазными взаимодействиями. Широкая полоса ФЛ с максимумами при 2,4 эВ образцов, содержащих нанокластеры в матрице, является суперпозицией двух полос: полосы, связанной с рекомбинацией через уровни дефектов в матрице, и полосы, обусловленной состояниями на границе нанокластер—матрица.

Исследованы спектры электролюминесценции структур на основе твердого раствора InGaN (λmax = 426 нм) в диапазоне напряжений 3,2—3,6 В. Определена зависимость коэффициента полезного действия исследуемой структуры от тока, на которой наблюдается максимум при 4 мА. Объяснены причины уменьшения коэффициента полезного действия и темпа роста ампер-яркостной характеристики с увеличением тока, подаваемого через образец.