В работе представлена система послойной ориентированной укладки волокон методом электроформования с помощью многоканального высоковольтного наносекундного генератора импульсов на основе твердотельных коммутаторов с рабочим напряжением до 32 кВ. Описаны примененные схемотехнические решения и принцип его работы.
High-voltage nanosecond pulse generator with several output channels based on solid-state switches with blocking voltage of up to 32 kV for oriented fiber laying system is presented. The schematic solutions and the principle of its work are described.
Предпросмотр статьи
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- УДК
- 621.373. Генераторы электромагнитных колебаний и импульсов. Автогенераторы. Импульсные генераторы
- eLIBRARY ID
- 38570419
В статье представлена разработанная система послойной направленной укладки волокон с изменяемым углом ориентации. Из полимерного раствора ПА 6/66 в спирте (80 %) с водой (20 %) получены материалы с направленной ориентацией под углом 65о и 90о.
Разработаны высоковольтные ключи с блокируемым напряжением 32 кВ и током 20 А и временем нарастания напряжения 180 нс, система синхронизированного управления для последовательной работы восьми высоковольтных коммутаторов, позволяющая подстраивать время переключения, требуемое для электрогидродинамического перемещения струи между коллекторами, толщину ориентированного слоя, а также препятствующая сквозному открытию ВВК при высоких скоростях нарастания напряжения.
Эффективная масса ориентированных волокон ПА длиной 6 см составила 8 % на частоте высоковольтного сигнала 60 Гц. Ее значение снижается по мере увеличения толщины материала.
Рассмотренная электрофизическая система позволяет получать многослойные ориентированные материалы с контролируемой толщиной слоев для перехода к персонализированной медицине, создания каркасов искусственных органов и тканей.
Список литературы
1. Lukanina K. I., Grigoriev T. E., Krasheninnikov S. V., Mamagulashvilli V. G., Kamyshinsky R. A., Chvalun S. N. //
Carbohydrate Polymers. 2018. Vol. 191. P. 119.
2. Lukanina K. I., Grigor’ev T. E., Tenchurin T. K., Shepelev A. D., Chvalun S. N. // Fibre Chemistry. 2017. Vol. 49. No. 3. P. 72.
3. Caliari S. R., Gonnerman E. A., Grier W. K., Weisgerber D. W., Banks J. M., Alsop A. J., Lee J. S., Bailey R. C., Harley B. A. // Advanced healthcare materials. 2015. Vol. 4. No. 1. P. 58.
4. Jianga T., Carbone E. J., Lo K. W.-H. // Progress in Polymer Science. 2015. Vol. 46. Р. 1.
5. Nguyen D. N., Hwang Y., Moon W. // European Polymer Journal. 2016. Vol. 77. Р. 54.
6. De Prá M. A. A., Ribeiro-do-Valle R. M., Mara-schin M., Veleirinho B. // Materials Letters. 2017. Vol. 193. P. 154.
7. Baji A., Mai Y. W., Wong S. C., Abtahi M., Chen P. // Composites science and technology. 2010. Vol. 70. No. 5. P. 703.
8. Kishan A. P., Robbins A. B., Mohiuddin S. F. // Acta Biomaterialia. 2017. Vol. 56. P. 118.
9. Jha B. S., Colello R. J., Bowman J. R., Sell S. A., Lee K. D., Bigbee J. W. // Acta biomaterialia. 2011. Vol. 7. No. 1. P. 203.
10. Zhang D., Chang J. // Nano Letters. 2008. Vol. 8. No. 10. P. 3283.
11. Lee J., Jang J., Oh H., Jeong Y. H., Dong // Ma-terials Letters. 2013. Vol. 93. P. 397.
12. Sun D., Chang C., Li S., Lin L. // Nano letters. 2006. Vol. 6. No. 4. P. 839.
13. Luo G., Teh K. S., Liu Y., Zang X., Wen Z., Lin L. // ACS applied materials & interfaces. 2015. Vol. 7. No. 50. P. 27765.
14. Кашин А. В., Ребров И. Е., Хомич В. Ю. // Прикладная физика. 2018. № 3. С. 85.
15. Иванов Е. В., Мошкунов С. И., Хомич В. Ю. // Прикладная физика. 2006. № 2. С. 122.
16. Гамируллин М. Д., Курячий А. П., Ребров И. Е., Хомич В. Ю., Чернышев С. Л., Ямщиков В. А // Прикладная физика. 2015. № 5. С. 95.
17. Мошкунов С. И., Ребров И. Е., Хомич В. Ю. // Известия Вузов. Физика. 2016. Т. 59. № 9/3. С. 110.
18. Мошкунов С. И., Ребров И. Е., Хомич В. Ю. // Успехи прикладной физики. 2013. Т. 1. № 5. С. 630.
19. Moshkunov S. I., Rebrov I. E., Khomich V. Y., Shershunova E. A. // Instruments and Experimental Tech-niques. 2018. Vol. 61. No. 6. P. 821.
20. Kuffel E., Zaengl W. S. High voltage engineering fundamentals. – Toronto: Elsevier, 2013.
1. K. I. Lukanina, T. E. Grigoriev, S. V. Krasheninnikov, V. G. Mamagulashvilli, R. A. Kamyshinsky, and S. N. Chvalun, Carbohydrate Polymers. 191, 119 (2018).
2. K. I. Lukanina, T. E. Grigor’ev, T. K. Tenchurin, A. D. Shepelev, and S. N. Chvalun, Fibre Chemistry 49 (3), 72 (2017).
3. S. R. Caliari, E. A. Gonnerman, W. K. Grier, D. W. Weisgerber, J. M. Banks, A. J. Alsop, J. S. Lee, R. C. Bailey, and B. A. Harley, Advanced healthcare materials 4 (1), 58 (2015).
4. T. Jianga, E. J. Carbone, and K. W.-H. Lo, Progress in Polymer Science 46, 1 (2015).
5. D. N. Nguyen, Y. Hwang, and W. Moon, European Polymer Journal 77, 54 (2016).
6. M. A. A. De Prá, R. M. Ribeiro-do-Valle, M. Maraschin, and B. Veleirinho, Materials Letters 193, 154 (2017).
7. A. Baji, Y. W. Mai, S. C. Wong, M. Abtahi, and P. Chen, Composites science and technology 70 (5), 703 (2010).
8. A. P. Kishan, A. B. Robbins, and S. F. Mohiuddin, Acta Biomaterialia 56, 118 (2017).
9. B. S. Jha, R. J. Colello, J. R. Bowman, S. A. Sell, K. D. Lee, and J. W. Bigbee, Acta biomaterialia 7 (1), 203 (2011).
10. D. Zhang and J. Chang, Nano Letters 8 (10), 3283 (2008).
11. J. Lee, J. Jang, H. Oh, Y. H. Jeong, and Dong, Materials Letters 93, 397 (2013).
12. D. Sun, C. Chang, S. Li, and L. Lin, Nano letters 6 (4), 839 (2006).
13. G. Luo, K. S. Teh, Y. Liu, X. Zang, Z. Wen, and L. Lin, ACS applied materials & interfaces 7 (50), 27765 (2015).
14. A. V. Kashin, I. E. Rebrov, and V. Y. Khomich, Prikl. Fiz., No. 3, 85 (2018).
15. E. V. Ivanov, S. I. Moshkunov, and V. Y. Khomich, Prikl. Fiz., No. 2, 122 (2006).
16. M. D. Gmirullin, A. P. Kuryachii, I. E. Rebrov, V. Yu. Khomich, S. L. Chernyshev, and V. A. Yamshchikov, Prikl. Fiz., No. 5, 95 (2015).
17. S. I. Moshkunov, I. E. Rebrov, and V. Y. Khomich, Russian Physics Journal 59 (9/3), 110 (2016).
18. S. I. Moshkunov, I. E. Rebrov, and V. Y. Khomich, Usp. Prikl. Fiz. 1 (5), 630 (2013).
19. S. I. Moshkunov, I. E. Rebrov, V. Y. Khomich, and E. A. Shershunova, Instruments and Experimental Tech-niques. 61 (6), 821 (2018).
20. E. Kuffel and W. S. Zaengl, High voltage engineering fundamentals. (Elsevier, Toronto, 2013).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Балмашнов А. А., Бутко Н. Б., Калашников А. В., Степина С. П., Умнов А. М. Генерация плазменного потока на основе ЭЦР-разряда в узком коаксиальном резонаторе 5
Долгов А. Н., Клячин Н. А., Прохорович Д. Е. О реализации кулоновского взрыва в микропинче 10
Шилов И. П., Кочмарев Л. Ю., Зубков Н. П., Лапшин Д. В. PCVD-метод получения высокоапертурных заготовок кварцевых световодов с повышенным содержанием фтора и утолщенной кварцевой оболочкой 17
Кузнецов В. Е., Сафронов А. А., Ширяев В. Н., Васильева О. Б., Дудник Ю. Д. Исследование эрозии электродов в плазмотронах постоянного и переменного тока 24
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Гибин И. С., Котляр П. Е. Электронно-оптический преобразователь изображения с автоэмиссионным фотокатодом 31
Муратов Т. Т. Рекомбинация носителей заряда через мелкие уровни бора в кремнии при низких темпе-ратурах 39
Сидоров Г. Ю., Горшков Д. В., Сабинина И. В., Сидоров Ю. Г., Варавин В. С., Предеин А. В., Якушев М. В., Икусов Д. Г. Неоднородность темновых токов инфракрасных фотодиодов на основе Cd0,22Hg0,78Te 45
Яковлева Н. И. Униполярная nBn-структура на основе CdHgTe средневолнового ИК-диапазона спектра 53
Гончаров В. Е., Никонов А. В., Ильясов А. К., Арич О. Д. Определение толщины эпитаксиальных слоев гетеропары AlGaAs/GaAs методом электрохимического вольт-фарадного профилирования 61
ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Панькин Н. А. Рентгенографическое исследование системы «медь–карбид кремния» после прессования смеси порошков 67
Туйчиев Ш., Рашидов Д., Табаров С. Х., Возняковский А. П. Влияние нанографеноксидов на структуру и свойства аморфных полимеров 75
Шипко М. Н., Коровушкин В. В., Савченко А. Г., Степович М. А., Бахтеева Н. Д., Савченко Е. С., Тодорова Е. В. Влияние магнитоимпульсной обработки на магнитные свойства аморфного твёрдого раствора Al85Fe7Ni5La3 81
Пшуков А. М., Азизов И. К., Шериева Э. Х. Участие электронных уровней синтина в образовании центров люминесценции 86
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Куликова И. В. Моделирование нестационарного теплового режима работы коллектора электронно-оптической системы с учетом неравномерного токооседания 92
Ребров И. Е., Кашин А. В., Луканина К. И., Антипова К. Г., Григорьев Т. Е., Хомич В. Ю. Многоканальный высоковольтный наносекундный импульсный генератор для системы ориентированной укладки волокон 98
ИНФОРМАЦИЯ
Правила для авторов 105
C O N T E N T S
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
A. A. Balmashnov, N. B. Butko, A. V. Kalashnikov, S. P. Stepina, and A. M. Umnov Generation of plasma flow based on ECR discharge in a narrow coaxial cavity 5
A. N. Dolgov, N. A. Klyachin, and D. E. Prokhorovich About the feasibility of the Coulomb explosion in micropinch 10
I. P. Shilov, L. Yu. Kochmarev, N. P. Zubkov, and D. V. Lapshin Fabrication of high numerical aperture quartz light guides preforms with a high fluorine content and a thickened quartz cladding by PCVD method 17
V. E. Kuznetsov, A. A. Safronov, V. N. Shiryaev, O. B. Vasilieva, and Yu. D. Dudnik Investigation of the parameters of electrode erosion in direct and alternating current plasma torches 24
PHOTOELECTRONICS
I. S. Gibin and P. E. Kotlyar Electron-optical converter with autoemission photocathode 31
T. T. Muratov Recombination of charged carriers across boron shallow levels in silicon at low temperatures 39
G. Yu. Sidirov, D. V. Gorshkov, I. V. Sabinina, Yu. G. Sidorov, V. S. Varavin, A. V. Predein, M. V. Yakushev, and D. G. Ikusov Inhomogeneity of infrared photodiodes dark currents based on Cd0.22Hg0.78Te 45
N. I. Iakovleva Unipolar MCT-based nBn-structure for a MWIR FPA 53
V. E. Goncharov, A. V. Nikonov, A. K. Ilyasov, and O. D. Arich Estimation of AlGaAs/GaAs epitaxial structures thickness by means of electrochemical capaci-tance-voltage profiling 61
PHYSICAL SCIENCE OF MATERIALS
N. A. Pan’kin X-Ray study of the “copper-silicon carbide” system after molding a mixture of powders 67
Sh. Tuichiev, D. Rashidov, S. Kh. Tabarov, and A. P. Voznyakovsky Effect of nanographenoxides on the structure and properties of amorphous polymers 75
M. N. Shipko, V. V. Korovushkin, A. G. Savchenko, M. A. Stepovich, N. D. Bakhteeva, E. S. Savchenko, and E. V. Todorova The effect of magnetic pulse treatment on the magnetic properties of amorphous solid solution Al85Fe7Ni5La3 81
A. M. Pshukov, I. K. Azizov, and E. Kh. Sherieva The participation of electronic levels of sintin in the formation of luminescence centers 86
PHYSICAL APPARATUS AND ITS ELEMENTS
I. V. Kulikova Simulation of non-stationary thermal mode of the collector with regard to a non-uniform current flow 92
I. E. Rebrov, A. V. Kashin, K. I. Lukanina, K. G. Antipova, T. E. Grigoriev, and V. Yu. Khomich Multichannel high-voltage nanosecond pulse generator for oriented fiber laying system 98
INFORMATION
Rules for authors 105
Другие статьи выпуска
Описывается разработанное программное обеспечение, позволяющее моделировать нестационарные тепловые режимы коллекторов электронно-оптических систем (ЭОС). Программное обеспечение (ПО) построено на методе контрольных объемов. В качестве источников тепла выступают результаты трехмерного траекторного анализа, выполненные в программном комплексе для статического анализа ЭОС. Это позволяет задавать неравномерное токооседание электронных пучков в коллекторах и более точно рассчитывать их тепловые режимы. Разработан алгоритм сглажива-ния точечных источников на сложной поверхности по гауссиане c заданными пара-метрами. Это решило проблему нефизичных всплесков температуры при мелкой сет-ке на коллекторе и небольшого числа траекторий. В разработанном ПО можно использовать граничные условия I, II и III рода, а так же различные материалы. Временные диаграммы тепловых нагрузок можно задавать с неравномерным шагом по времени. В качестве пре- и постпроцессора использован Gmsh.
Задачей данных исследований является создание материалов, обладающих необходимыми свойствами для регистрации ионизирующих частиц. В связи с поставленной задачей были выбраны образцы, которые служили матрицей для регистрации частиц нейтрино, основанных на создании центров свечения (люминесценции) в них. Таким материалом служил синтин, в который добавляли различные вещества, образующие в них центры люминесценции в заданном диапазоне длин волн. Исследования проводились с помощью газового хроматографа, оснащенным пламенно-ионизационным детектором, спектрофотометром ПЭ-3000 УФ, со спектральным диапазоном от вакуумного ультрафиолетового излучения с длиной волны 190 нм до инфракрасного с длиной волны 1100 нм, люминесцентные исследования проводились, помещая образцы в вакуумную установку для оптических измерений.
Исследовано влияние импульсов слабого магнитного поля на аморфный сплав Al85Fe7Ni5La3, полученный методом спиннингования в виде фольги толщиной 20 мкм. Изучены следующие гистерезисные характеристики аморфного твёрдого раствора до и после магнитоимпульсной обработки: удельная намагниченность насыщения, удельная остаточная намагниченность, коэрцитивная сила и площади петель гистерезиса. Вид и параметры петель магнитного гистерезиса указывают на наличие в сплаве магнитоупорядоченных областей – кластеров, а специфическая форма петель магнитного гистерезиса сплава указывает также на наличие в аморфной фольге наведенной магнитной анизотропии. После магнитоимпульсной обработки лент аморфного сплава Al85Fe7Ni5La3 в результате протекания релаксационных процессов (увеличения степени химического и топологического порядка, снижения степени наведенной магнитной анизотропии) наблюдается существенное изменение значений всех структурно-чувствительных гистерезисных характеристик, в том числе более чем 6-кратное увеличение удельной намагниченности насыщения. Полученные результаты указывают на возможность использования магнитоимпульсной обработки аморфных сплавов для управления их магнитными свойствами.
В работе изучено влияние нанографеноксидов, полученных или из многостенных углеродных нанотрубок под воздействием гамма-радиации, или при карбонизации природного лигнина в процессе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, на структуру и свойства полиметилметакрилата. Показано, что внедрение нанографеноксидов в полиметилметакрилат приводит к изменениям структуры, механических и тепловых свойств образцов.
Проведено рентгенографическое исследование фазового состава, субструктуры и остаточных напряжений в порошковых телах системы Cu–SiC. Они были получены односторонним формованием смеси порошков меди и карбида кремния. Фазовый состав исследуемых материалов представлен кристаллографическими фазами карбида кремния (6H-SiC и 15R-SiC), меди (ГЦК) и её оксида. Смещения дифракционных линий фаз меди и SiC по брэгговскому углу свидетельствуют о наличии сжимающих (для Cu) и растягивающих (для карбида кремния) остаточных напряжений. Анализ соотношений интенсивности дифракционных линий меди и карбида кремния указывает на отсутствие преимущественной ориентации в зернах меди и карбида кремния – отсутствует текстура. Предложен механизм формирования фазового состава, субструктуры и остаточных напряжений в порошковых телах системы Cu–SiC.
Разработана методика вычисления толщин эпитаксиальных слоев GaAs и AlGaAs, применяемых в технологии изготовления матричных фотоприемных устройств с квантоворазмерной активной областью (QWIP), чувствительных в спектральном диапазоне 8–10 мкм. Реализована имитационная модель гетероперехода AlGaAs-GaAs со слоями, имеющими разные степени легирования, для использования в методике электрохимического вольт-фарадного профилирования (ECV). Проведен расчет границы гетероперехода для структур, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии, из экспериментально полученных профилей концентрации носителей заряда по толщине структуры. Полученные с помощью данной методики на основе ECVпрофилирования значения концентраций носителей заряда и толщин эпитаксиальных слоев позволили оптимизировать условия роста гетероэпитаксиальных структур с множественными квантовыми ямами для QWIP-фотоприемников.
Рассмотрена концепция построения фоточувствительной униполярной nBn-структуры для фотоприемного устройства (ФПУ) средневолнового ИК-диапазона спектра на основе CdHgTe. Представлена архитектура и рассчитаны ее характеристические параметры: смещение энергии валентной зоны, напряжение плоских зон, поверхностный потенциал s на границе коллектор/барьер; плотность темнового тока, которая при рабочих температурах Т = 110–160 К составила Jdark = 10-10–10-6 А/см2. Показано, что nBn-архитектура на основе CdHgTe может использоваться для построения ФПУ нового типа с повышенными характеристиками.
Проведен анализ гистограммы темновых токов матриц длинноволновых фотодиодов, изготовленных из гетероэпитаксикальных структур (ГС) Cd0,22Hg0,78Te/CdTe/ZnTe/ GaAs(301). Максимум гистограммы соответствует диффузионным токам для номинальных фотоэлектрических параметров CdHgTe. Имеются единичные фотодиоды с темновыми токами, на порядки превышающими диффузионный ток. Вероятность их появления связывается с V-дефектами структуры ГС, плотность которых составляет величину порядка 103 см-2 и которые представляют собой области нарушеннной структуры CdHgTe с избытком теллура. Имеется достаточно большое количество диодов (десятки процентов) с повышенными темновыми токами. Исследование C-Vхарактеристик МДП на ГС показывает наличие положительного заряда, неоднородно распределенного по поверхности и достаточного для инверсии типа проводимости в отдельных областях. Образование шунтирующего слоя n-типа на поверхности должно приводить к увеличению темновых токов фотодиодов, попадающих в такие области.
В данной работе изучен процесс рекомбинации носителей через мелкие примесные центры бора в кремнии при низких температурах. Основное внимание было уделено теоретическому объяснению «эмпирических» температурных зависимостей времени жизни (T) носителей в интервале температур (1,74,2) K при концентрациях легирующей примеси nB 1014 см-3 и компенсацией 10 % (nD + nA 1013 см-3). Довольно точно удалось установить, что мелкий возбужденный уровень с энергией связи 5 мэВ (3s-состояние) является почти резонансным. Получены приближенные формулы для коэффициента резонансного захвата.
Проведен анализ электронно-оптических преобразователей (ЭОП). Отмечена тенденция, направленная на расширение их рабочего спектрального диапазона в область инфракрасного излучения и повышение чувствительности. Расширение длинноволновой границы спектральной чувствительности ЭОП с одновременным повышением чувствительности возможно с применением автоэмиссионных катодов, обладающих уникальными эмиссионными характеристиками. В статье предлагается ЭОП с автоэмиссионным фотокатодом. Разработана конструкция такого преобразователя, рассмотрены режимы работы и проведены оценки чувствительности и спектрального диапазона. Отмечается, что разработка и создание ЭОП с автоэмиссионными фотокатодами, работающими в инфракрасном диапазоне, является важным этапом в развитии инфракрасной техники.
Работа посвящена исследованию износостойкости (эрозии) материала электродов в плазмотронах постоянного и переменного тока. Ресурс работы электродов определяется многими факторами, такими как состав материала электрода, конструкция электродуговой камеры, температура тела электрода, температура в зоне привязки электрической дуги и способ ее перемещения, характер химических реакций между плазмообразующим газом и материалом электрода. При этом основными факторами, влияющими на эрозионный унос материала, является величина тока в дуге, характер привязки к электроду (катодное или анодное пятно), а также организация газового потока в зоне пятна. При проведении экспериментов использовались плазмотроны постоянного и переменного тока мощностью до 50 кВт, для изготовления электродов использовались медь, нержавеющая сталь и композитный материал состава железо– медь. В работе приведены характерные значения и зависимости величин удельной эрозии плазмотронов различных конструкций в широком диапазоне рабочих параметров.
Приведены результаты экспериментальных исследований по получению высокоапертурных заготовок кварцевых волоконных световодов с повышенным содержанием фтора (до 7 вес. %) и утолщенной оболочкой на основе кварцевого стекла, легированного фтором, при помощи неизотермической плазмы резонансного локального СВЧ-разряда (PCVD-метод). Достигнуты высокие скорости осаждения слоев кварцевого стекла, легированного фтором (вплоть до 3 мкм/мин), и соотношения s/a (где s – диаметр заготовки, a – диаметр сердцевины) на уровне 1,3–1,4 и выше.
Приведены экспериментальные данные о генерации ионов МэВ-ных энергий в разряде типа Z-пинч в среде тяжелых элементов. Приведены оценочные расчеты, которые показывают, что уход убегающих электронов из области перетяжки способен привести к созданию в ней положительного объемного заряда и затем к кулоновскому взрыву плазмы, рождающему частицы высоких энергий.
Установлена возможность одновременной экстракции ионной и электронной компонент плазмы и формирование скомпенсированного по току потока плазмы, создаваемой в узком коаксиальном резонаторе на ЭЦР. Представлены характерные зависимости ионного тока от массового расхода газа (аргон) и вводимой в резонатор СВЧ-мощности.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400