В докладе описана история развития космического материаловедения в НИИЯФ МГУ в 1962-1991 гг. Показана роль в этой науке С.Н.Вернова, С.С.Васильева, И.Б.Теплова. Описаны некоторые методы имитации воздействия космического излучения на материалы.
Заряженные макрочастицы ускорялись на электростатических ускорителях. Экспериментальная установка была настроена, чтобы имитировать воздействие частиц космического мусора, используя лазерный метод метания тонких пластин. Установлено, что размер поврежденной зоны на поверхности образца значительно превышает размер основного кратера. Этот факт, по-видимому, связан с взаимодействием ударной волны с дефектами на поверхности. Представлены результаты исследования электронной и ионной эмиссии, вызванной ударами о металлическую мишень ускоренных макрочастиц со скоростями 0,1-15 км/с
Оптическое оборудование может деградировать при попадании молекулярных пленок и частиц на зеркала и окна. Основной элемент загрязнения кремний. Он наблюдался на всех образцах. Загрязняющая атмосфера вокруг космического аппарата может давать свечение.
С помощью сканирующей электронной микроскопии исследована поверхность графита и полиимида при облучении ускоренной кислородной плазмой. Быстрое кислородное травление приводит к рельефу, образованному столбчатыми и конусными выступами. С ростом потери массы их размеры возрастают и рельеф трансформируется. Первоначальный рельеф полиимида в виде ворса преобразуется в пористую структуру с тонкими стенками между порами.
Исследована морфология, элементный состав и потери массы поливинилтриметилсилана при облучении кислородной плазмой с энергией ионов 20 эВ.
Получено дисперсионное уравнение для прямоугольного волновода с трехслойным изотропным диэлектрическим заполнением. Исследованы зависимости основных параметров волновода от частоты и коэффициента заполнения. Разработана математическая модель и представлены результаты расчетов электромагнитного и температурного полей в диэлектрике.
Представленны результаты моделирования физических процессов в квадрупольном СВЧ-усилителе на лампе Адлера, полученые с помощью разработанной авторами программы Quadrupole. Выполнены расчеты распределения потенциала и траекторного анализа в квадрупольной секции лампы в зависимости от изменения формы и тока электронного пучка, габаритных размеров и напряжений на электродах.
Исследуются особенности взаимодействия электронно-позитронных потоков для реализации квантовых сверхплазмоидов и создания усилителей и генераторов микроволн для исследования и диагностики активных сред. Взаимодействие электронных и позитронных потоков рассматривается в круглом волноводе. Предложены схемы реализации усилителей микроволн на попутных электронных и позитронных потоках, а также схемы генераторов микроволн на попутных и встречных пучках электронов и позитронов. Анализируются дисперсионные характеристики при взаимодействии плазменных волн электронных и позитронных потоков.
Приведены результаты моделирования трансформатора – фильтра низких частот на штыревой замедляющей системе в системе проектирования Microwave Office (продукт компании AWR Design Environment). Приведено описание проведённого эксперимента и сравнение результатов эксперимента с результатами моделирования.
Предложены микрополосковые антенны и излучатели поверхностных электромагнтных волн, содержащие диэлектрическую подложку с расположенным на ней импедансным проводником, выполненным в виде вписанной в равнобедренный треугольник периодической структуры типа зигзаг или меандр. Экспериментально полученные дисперсионные характеристики для микрополосковой антенны на зигзаг-линии показали достаточно равномерное изменение коэффициента замедления в рабочем диапазоне частот антенны от 4 до 6, а для антенны на меандр-линии - от 6 до 8.
Рассмотрены вопросы создания равномерного распределения температурного поля в листовых диэлектрических материалах, которые последовательно проходят через две секции одномерно-периодических или двумерно-периодических замедляющих систем. Отличительная особенность замедляющих систем состоит в том, что их период в направлении распространения энергии электромагнитного поля изменяется по определенному закону. Теоретическое и экспериментальное распределение температурного поля в материале для каждой секции имеет линейный характер. Расхождение теоретических и экспериментальных результатов распределения температурного поля в листовых материалах с различными электрофизическими параметрами не превышает 5%.
Рассмотрены вопросы создания равномерного распределения температурного поля в листовых диэлектрических материалах, которые расположены на секции одномерно-периодической или двумерно-периодической замедляющей системе. Отличительная особенность замедляющих систем состоит в том, что их период в направлении распространения энергии электромагнитного поля изменяется по экспоненциальному закону. Теоретическое и экспериментальное распределение температурного поля в материале для одномерно-периодической или двумерно-периодической замедляющей системы имеет постоянное распределение температурного поля. Расхождение теоретических и экспериментальных результатов распределения температурного поля в листовых материалах с различными электрофизическими параметрами не превышает 5%.
Предложена новая классификация диэлектрических материалов, в которой основным параметром является комплексная часть относительной диэлектрической проницаемости. Приведено научное обоснование разделения материалов на три основные группы: с малыми, средними и высокими диэлектрическими потерями. Представлены конструкции электродинамических систем СВЧ устройств для высокоэффективной термообработки материалов с различными диэлектрическими потерями.
Рассмотрены методы формирования равномерного распределения температурного поля в однородных диэлектрических материалах, расположенных в резонаторных камерах на частоте электромагнитного поля 2450 МГц. Представлены результаты экспериментальных исследований распределения температурного поля в однородных диэлектрических материалах, расположенных в резонаторах различной формы (прямоугольной, цилиндрической, в виде усеченного конуса, полусферической). Результаты экспериментальных исследований показали динамику изменения распределения температурного поля в материалах в зависимости от формы и размеров резонатора.
Представлены основные направления развития и применения СВЧ технологий, как в России, так и за рубежом. Рассмотрены такие направления как: энергетическая эффективность СВЧ технологий; термообработка керамики, полимеров; обработка отходов различных производств. Показаны перспективы развития различных микроволновых технологий, особенно, в части получения равномерного распределения температурного поля в материалах, так как именно от степени разброса температуры зависит качество получаемых изделий.
Рассмотрены вопросы создания равномерного распределения температурного поля в листовых диэлектрических материалах, которые последовательно проходят через две секции одномерно-периодических или двумерно-периодических замедляющих систем. Отличительная особенность замедляющих систем состоит в том, что их геометрические размеры в направлении распространения энергии электромагнитного поля изменяется по экспоненциальному закону. Теоретическое и экспериментальное распределение температурного поля в материале для каждой секции одномерно-периодической или двумерно-периодической замедляющей системы имеет постоянное распределение температурного поля. Расхождение теоретических и экспериментальных результатов распределения температурного поля в листовых материалах с различными электрофизическими параметрами не превышает 5%.
Приведены результаты расчета и измерений распределения температурного поля в листовых диэлектрических материалах с использованием в качестве нагревательного элемента сверхвысокочастотных электродинамических устройств волноводного типа. Предложен метод расчета СВЧ устройств волноводного типа для равномерного нагрева листовых диэлектрических материалов с различными электрофизическими параметрами. Отличительная особенность волноводных устройств состоит в том, что размер широкой стенки волновода в направлении распространения энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот изменяется по определенному закону. Предложена методика корректировки геометрических размеров широкой стенки прямоугольного волновода, работающего на основном типе волны H10. Расхождение теоретических и экспериментальных результатов распределения температурного поля в листовых материалах с различными электрофизическими параметрами не превышает 5%.
Металлокерамические узлы нашли широкое применение в авиационно-космической и ракетной технике, атомной энергетике и т.д. Металлокерамическое соединения, широко использующиеся в атомной промышленности, как, например, вакуумно-плотные гермовводы ИПН-200.
В работе рассмотрены вопросы получения соединения металла с керамикой на основе А12.О3 методом лазерной активной пайки. Наиболее распространенным способом получения спаев керамики с металлами является пайка предварительно металлизированной керамики. Для проведения экспериментов на базе НПЦ “Лазеры и аппаратура ТМ” была создана экспериментальная установка, где в качестве источника лазерного излучения использовался твердотельный YAG:Nd лазер (
=1.06 мкм). Рассмотрены вопросы теплофизических процессов, происходящих при лазерном нагреве плоских и конусных металлокерамических соединений. Проведены исследования вакуумной плотности полученных металлокерамических соединений.
Гомоэпитаксиальные пленки ZnO, легированные галлием, осаждались на монокристаллические подложки кремния методом импульсного лазерного напыления. Этим же методом на полученные пленки и подложки кремния осаждались металлические пленочные контакты Al, Au, Cu, Ta, Ti. Методом измерения ВАХ установлено, что контакты Ta/n-ZnO и Ti/n-ZnO и Au/p-Si являются омическими. Для контактов Al и Cu на кремнии наблюдалось наличие барьера Шоттки.
На монокристаллические подложки Si (001) n- и р- типа осаждались методом импульсного лазерного напыления эпитаксиальные пленки ZnO, легированные галлием. Получены вольтамперные характеристики гетеропереходов n-ZnO/p-Si и n-ZnO/n-Si.
Рентгеновский микроскоп позволяет получить увеличенное в 20 раз изображение объекта, за счёт отражения от двух ассиметричных кристаллов-монохроматоров. Оптимальный выбор параметров кристалла и длины волны падающего излучения позволяет достичь микронного разрешения с использованием обычных рентгеновских трубок.
В настоящее время в рабочих объёмах электровакуумных приборов, в камерах электрофизической и исследовательской аппаратуры широко используются пористые геттеры из титана в качестве рабочего тела встроенного вакуумного насоса. Порошок для изготовления геттера производится по технологии гидридно-кальциевого восстановления, с последующим прессованием, спеканием и прокаткой до толщины 0,8 мм.
По данным растровой электронной микроскопии титановый геттер обладает специфической пористостью, представляющей собой конгломерат титановых проволок с сечением ~10 мкм.
Для оценки интегрального относительного удлинения пористого титана были проведены сравнительные измерения с титановой фольгой. Температурная зависимость коэффициента термического расширения для геттера и компактного титана, рассчитанная по результатам измерений, имеет различный характер на определённых температурных участках.
В работе показан оптимальный режим синтеза поликристаллического порошка оксидной ванадиевой бронзы натрия, необходимость ее активирования для работы в качестве поверхностного ионизатора, а также получены энергии активации ионизации тринитротолуола.
Рассмотрены возможности метода in-situ рентгеновской рефлектометрии в изучении процессов формирования наноразмерных пленок. Отмечены преимущества метода. Продемонстрирована способность метода определять толщину (скорость роста), плотность и шероховатость поверхности растущих пленок при произвольных сочетаниях материалов пленки и подложки. Получены зависимости интенсивности зеркально-отраженного рентгеновского излучения от времени напыления для пленок вольфрама и меди, создаваемых магнетронным распылением. Обнаружено, что пленки меди в отличие от вольфрама в начале своего формирования имеют пониженную плотность.
Показано, что пленки вольфрама на начальных стадиях образуют очень мелкие быстро срастающиеся островки или конденсируются по послойному механизму. Пленки же меди конденсируются при магнетронном осаждении преимущественно по островковому механизму.
Для кристаллов кремния, подвергнутых ионной имплантации, по данным рентгенодифракционных исследований рассчитаны профили деформации в ионно-имплантированных слоях. Предложена модель напряженного состояния кремниевых пластин, поверхность которых подвергнута ионной имплантации. Рассчитанные с помощью модели радиусы кривизны пластин сопоставлены с экспериментальными данными.
Приведены результаты электрономикроскопических исследований образования дислокационных петель междоузельного типа в ванадии электролитической и технической чистоты, облученных соответственно электронами с энергией 1 МэВ и 2,2 МэВ. Интенсивность облучения электронами с энергией 1 МэВ составляла 44,43.1022 м-2с-1, а с энергией 2,2 МэВ - 1018 м-2с-1. На основе анализа экспериментальных данных, показано, что параметры зарождения и роста петель существенно зависят от скорости введения радиационных точечных дефектов.
На спектрометре тлеющего разряда был проведён послойный анализ образца стали, с нанесённым на него тонким слоем меди. Полученные результаты анализа слоя чистой меди с известным её количеством позволяют получить с помощью уравнения свёртки истинные графики зависимости концентраций элементов от глубины анализа. Это позволит устранить влияние геометрии анода на размытость сигнала послойного анализа.
На базе разработанного способа облучения твердых тел многоэлементным пучком ионов, состоящего из фазообразующих атомов углерода, азота и бора, изучены особенности формирования (синтезирования) в ряде материалов (алюминиевые сплавы, углеродистая сталь) наноразмерных выделений карбонитрида бора в условиях низкодозного и низкотемпературного облучения.
Экспериментально измерены относительные выходы многочастичных фотонейтронных реакций на изотопе 209Bi с вылетом из ядра от двух до семи нейтронов. Эксперимент проведен на тормозном пучке импульсного разрезного микротрона RTM-70 НИИЯФ МГУ с максимальной энергией фотонов 67.7 МэВ.
В работе проводится исследование зарядового распределения и определение относительных выходов изотопов, образующихся при делении естественной смеси изотопов урана тормозными гамма – квантами при различных энергиях электронов от ускорителя. Эксперименты по изучению реакций фоторасщепления проводятся на разрезном микротроне RTM – 70, созданном в НИИЯФ МГУ. Проанализированы спектры облученного урана и найдены максимумы интенсивности. С помощью стандартных процедур фитирования определены параметры гамма – пиков и определены соответствующие изотопы.
Предложена методика неразрушающего контроля энергетического спектра пучка электронов с помощью излучения Вавилова-Черенкова в СВЧ диапазоне в замедляющей системе на основе волновода, частично заполненного диэлектриком. Построена математическая модель, позволяющая рассчитывать спектры и структуру поля излучения. При математическом моделировании особое внимание уделялось физическим аспектам, играющим важную роль для практического осуществления предлагаемой методики.
На электронном ускорителе МГУ впервые получена детальная пространственно-временная зависимость акустического давления, создаваемого пучком электронов с энергией 50 МэВ в воде. Измерения были проведены в 100 точках, расположенных на линии, параллельной оси пучка и проходящей на расстоянии 6.5 см от его оси. На двумерной диаграмме (расстояние-время) наблюдаются две траектории сигналов от двух источников звука – цилиндрической акустической антенны, создаваемой пучком электронов, и области заглушки, отделяющей водную среду от воздуха.
В отделе ОЭПВАЯ НИИЯФ МГУ была разработана новая методика изучения параметров ядерных состояний в гамма-акивационном эксперименте. Пучок электронов из компактного микротрона РТМ-70 используется для получения пучка тормозных гамма-квантов высокой интенсивности. Для измерения спектра облученного образца используется детектор из сверхчистого германия. Для планирования и обработки результатов эксперимента было разработано программное обеспечение, позволяющее оценить влияние параметров облучения на измеренный результат. В разработанном ПО также есть возможность подключения к системе сбора данных и предусмотрен режим анимации.
Исследовано перемешивание 10 % водного раствора KI под действием наносекундного коронного сильноточного импульсного электрического разряда (НКСР). Амплитуда импульса напряжения составляла 75 кВ, импульса тока 80 А, длительность импульса 50 - 60 нс, частота повторения импульсов 1 Гц. Объем жидкости, в котором изучалось перемешивание, составлял 1,1 л. Под действием электрического разряда прозрачный водный раствор окрашивался, и за ~ 1 час происходило полное окрашивание всего раствора. Изменения окраски периодически фотографировались. Обсуждаются возможные механизмы распространения окрашенных продуктов, образующихся на поверхности водного раствора, вглубь жидкости. Выполненные эксперименты означают, что при обработке объекта, наполненного жидкостью, можно создать условия, когда вещества, образующиеся на поверхности, или искусственно введенные на поверхность, будут проникать на глубину больше 2 см, практически не задерживаясь в поверхностном слое.
Предложен многопучковый метод сканирования крупногабаритных объектов на основе нескольких пучков тормозного излучения с разной верхней границей. С помощью математического моделирования проведено сравнение многопучкового метода с методом двух пучков. Показано преимущество предложенного метода перед методом двух пучков.
В работе исследована среда, состоящая из атомов гелия с резонансно связанными лазерным полем автоионизационными состояниями (АИС). Область АИС сканируется пробным полем. Проходя через нелинейную газовую среду, пробное поле вызывает фотоионизацию и вместе с этим его поляризационные характеристики меняются. Используя приближение вращающейся волны, были решены уравнения для элементов матрицы плотности. Получено аналитическое выражение для нелинейной восприимчивости ансамбля атомов гелия на частоте пробного поля. Рассчитаны приобретаемая пробным полем эллиптичность и угол поворота плоскости поляризации. В работе проанализирована возможность управления поляризационными характеристиками пробного поля путем изменения параметров лазерного поля.
В качестве неинвазивного метода контроля двулучепреломляющих свойств ткани использовалась Поляризационно Чувствительная Оптическая Когерентная Томография (Н.Новогород, Россия).
Для анализа молекулярных изменений коллагена в ткани был использован метод. Дифференциальная Сканирующая Калориметрия (ДСК, “Mettler TA4000”).
Было показано, что приложение одноосной нагрузки приводит к уменьшению стабильности коллагенового волокна при ИК лазерном воздействии. Полученный результат принципиально отличается от влияния одноосной нагрузки на стабильность коллагеновой структуры при гидротермальном нагреве. Мы полагаем, что это различие связано с механическим эффектом неабляционного лазерного воздействия.
Поверхность трехмерных матричных структур, применяемых в инженерии костной ткани, должна быть способна поддерживать клеточную адгезию, пролиферацию и дифферециацию. Биосовместимые полимеры, используемые для этих целей, как правило, не обладают требуемой биологической активностью. Чтобы эффективно активировать поверхность трехмерных полимерных объектов без нарушения их физико-химических свойств и архитектуры, был применен метод осаждения покрытий из физиологических растворов. В данной работе исследована динамика осаждения покрытий на поверхности различных минерал/полимерных композитов, сформированных методом селективного лазерного спекания, и проведена оценка биологических свойств модифицированных поверхностей.
Представлена трехмерная модель температурного поля при лазерной коррекции формы перегородки носа человека. Проанализирована динамика лазерного воздействия на хрящевую ткань носовой перегородки в зависимости от ее свойств и параметров лазерного излучения.
Исследован выход биологически активных веществ, включенных в полилактид с использованием сверхкритической двуокиси углерода. Сравнивались скорости выхода экстракта подорожника и календулы в физиологический раствор для исходных образцов и образцов, которые затем спекались при различных мощностях лазерного излучения в твердые структуры. Было показано, что скорость выхода уменьшается для спекаемых образцов, что позволяет формировать имплантанты с регулируемой скоростью выхода различных препаратов.
