|
СИБИРСКИЙ ФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ 2018. Том 13, № 4 EN |
|
Физика высоких энергий, ускорителей и высокотемпературной плазмы
|
|
Аржанников А. В., Беденко С. В., Иванов А. А., Модестов Д. Г., Приходько В. В., Синицкий С. Л., Шаманин И. В., Шмаков В. М., Титова А. М. Изменения изотопного состава топливной сборки гибридного реактора с источником нейтронов на основе D-D-реакции в плазменном столбе (компьютерное моделирование длительного рабочего цикла) Для изучения нейтронно-физических характеристик ториево-плутониевого топлива ранее нами была предложена установка, состоящая из подкритической сборки высокотемпературного ядерного реактора и источника дополнительных нейтронов в виде плазменного столба, пронизывающего эту сборку. Дополнительные нейтроны генерируются в результате реакции D-D-синтеза в этом столбе высокотемпературной плазмы, которая создается и удерживается в длинной магнитной ловушке. В статье представлены результаты компьютерного моделирования эволюции ядерного топлива в предложенной установке. Моделирование проводилось для параметров плазмы, при которых реакция D-D-синтеза дает суммарный выход N = 2E16 нейтронов в секунду из плазменного столба внутри подкритической сборки длиной 3 м. Рассмотрены два варианта работы топливной сборки, отличающиеся содержанием плутония в исходном ториево-плутониевом топливе. В первом варианте исходная доля плутония составляет 4%, что обеспечивает подкритическое состояние топливной сборки с эффективным коэффициентом размножения нейтронов kef = 0,95. Во втором варианте доля плутония повышена до 5%, что позволяет иметь рабочее состояние сборки с kef = 0,99. Выбор таких величин процентного содержания плутония был сделан по результатам детального компьютерного моделирования основных нейтронно-физических процессов в активной зоне реактора. Эволюция изотопного состава топлива рассчитывалась за все время эксплуатации сборки – 3 000 дней. В процессе «горения» топлива при неизменном суммарном выходе нейтронов из плазменного столба было обнаружено уменьшение коэффициента размножения нейтронов и мощности процесса ядерного деления в активной зоне реактора с течением времени от начала рабочего цикла. Для компенсации этого снижения мощности установки рассчитано необходимое увеличение выхода нейтронов от плазменного источника. В статье приведены результаты моделирования и обсуждаются различные аспекты полученных решений.
|
|
Физика жидкости, нейтральных и ионизованных газов
|
|
Попов В. Н. Оценка конвективного массопереноса при импульсном лазерном нагреве поверхности стали Проведено численное моделирование процессов при легировании поверхностного слоя металла в подложке под воздействием импульсного лазерного излучения. С помощью предлагаемой математической модели, описывающей термо- и гидродинамические явления, рассматриваются процессы, включающие разогрев металла, его плавление, конвективный тепломассоперенос в расплаве и затвердевание после окончания импульса. По результатам численных экспериментов в зависимости от условий нагрева подложки определены два варианта формирования структуры течения в расплаве и распределения легирующего вещества.
|
|
Шевченко А. К., Яковенко С. Н. Моделирование развития неустойчивости в плоской затопленной струе при небольших числах Рейнольдса Выполнено численное моделирование плоской затопленной струи при числе Рейнольдса 32 < Re < 160, основанном на средней входной скорости и высоте плоской щели на входе в струю, при помощи уравнений неразрывности и уравнений Навье – Стокса для несжимаемой жидкости. Изучено влияние изменения Re на характер течения при отсутствии и задании малых случайных возмущений на входе в струю. Результаты настоящих расчетов согласуются с имеющимися данными лабораторных экспериментов и показывают ламинарное состояние течения на первом участке у выхода из щели, асимметричную неустойчивость синусоидального вида на втором, переходном, участке и нерегулярный турбулентный характер течения на третьем участке. Получено, что длина первого и второго участков уменьшается с ростом амплитуды малых случайных возмущений, вводимых путем искажения профиля скорости на входе. Кроме того, увеличение числа Рейнольдса приводит к меньшей протяженности ламинарного участка, что согласуется с данными предыдущих работ. Проведена оценка характерных значений длины волны колебаний, соответствующих выявленному эффекту синусоидальной неустойчивости, и характерной частоты этих колебаний, которая резко возрастает с ростом Re.
|
|
Абдуракипов С. С., Дулин В. М., Токарев М. П., Маркович Д. М. Анализ когерентных структур в осесимметричной и шевронной струях Работа посвящена анализу пространственной формы и динамики когерентных вихревых структур в осесимметричной и шевронной затопленных струях. Томографическая PIV-система использовалась для измерений 3D-распределений скорости c частотой съемки 2 кГц. Массив данных о поле скорости был проанализирован с применением пространственного преобразования Фурье по азимутальному углу и статистического метода POD (Proper Orthogonal Decomposition). Показано, что для шевронной струи кинетическая энергия пульсаций осесимметричной моды m = 0, связанная с кольцевыми вихрями в слое смешения струи, в два раза меньше по сравнению со струей из круглого сопла.
|
|
Физика твердого тела, полупроводников, наноструктур
|
|
Родякина Е. Е., Ситников С. В., Рогило Д. И., Латышев А. В. Перераспределение атомных ступеней на поверхности кремния (001) при сублимации в условиях нагрева постоянным электрическим током Методами in situ сверхвысоковакуумной отражательной электронной микроскопии и ex situ атомно-силовой микроскопии исследовано объединение атомных ступеней в эшелоны (группы близкорасположенных ступеней) в условиях электромиграции, инициированной нагревом образца путем пропускания постоянного электрического тока, на поверхности кремния (001) при сублимации в интервале температур 950–1150°С. Показано, что изменение среднего расстояния между эшелонами атомных ступеней во времени зависит степенным образом, с показателем степени порядка 0,3. Получены данные о температурной зависимости числа эшелонов ступеней на единицу длины, образующихся за одно и то же время отжига в процессе сублимации. Обнаружена слабая зависимость от температуры при токе вниз по ступеням. Соответствующая эффективная энергия активации процесса эшелонирования при электрическом токе вверх по ступеням составила порядка 0,24 эВ.
|
|
Золкин А. С., Семерикова А. И., Чепкасов С. Ю., Хомяков М. Н. Влияние имплантации ионов углерода на адгезию и свойства аморфных углеродных пленок на германии Предложен метод синтеза аморфных гидрогенизированных (a-C:H) пленок углерода с высокой адгезией, основанный на имплантации ионов углерода в подложку из монокристаллического германия. Поток ионизированного углерода создавался источником ионов с азимутальным дрейфом электронов в скрещенных электрическом и магнитном полях. В область с повышенной концентрацией электронов вводили газ пропан. Расход газа – от 4,5 до 10 см3/мин. Ионизованные фрагменты пропана, включая углерод, ускорялись электрическим полем и осаждались на подложку. При этом ионизированный углерод внедрялся в поверхностный слой германия, создавая переходную область, обеспечивающую сцепление с напыляемой пленкой. Подложка предварительно обрабатывалась ионами аргона в течение нескольких минут. Синтез покрытия включает двухэтапное осаждение. На первом этапе пленки осаждались ионным пучком со средней энергией около 1,6 кэВ в течение от 0,5 до 1 часа для получения адгезионного слоя. Затем средняя энергия пучка уменьшалась до 0,3 кэВ, и осаждение продолжалось в течение 3,5 часов для сохранения твердости покрытий. Скорость роста покрытий составила 1,8 нм/мин при осаждении из ионных пучков со средней энергией 0,3 кэВ и 7,8 нм/мин при средней энергии пучка 1,6 кэВ. Адгезия, связь покрытия с подложкой высокая: отрыв отсутствует при скрайбировании алмазным наноиндентором Берковича с нагрузкой до 50 мН. Твердость покрытия достигает 20 ГПа. Толщина пленки – 600 нм. Спектроскопические исследования показали, что максимум пропускания германия с односторонним a-C:H покрытием – 67 % на длине волны 5 мкм, а монокристаллического Ge – 51 %. Результаты работы могут быть использованы при создании защитных просветляющих покрытий оптических систем, создании медицинских имплантов и в механических устройствах.
|
|
Ткаченко О. А., Ткаченко В. А., Бакшеев Д. Г. Прохождение электрона через туннельный плавный барьер в высокочастотном поле Численно изучено фотонно-ассистированное прохождение электрона через одномерный плавный барьер, моделирующий потенциал в нижней энергетической подзоне квантового точечного контакта. Показано, что на зависимостях коэффициента прохождения от энергии присутствуют плечеобразные особенности, которые на частотных зависимостях трансформируются в максимумы. Особенности вызваны переходами в канал с энергией, близкой к вершине барьера, при поглощении одного, двух или трех фотонов, и их положение не зависит от амплитуды высокочастотного поля. С понижением частоты фотон-индуцированные ступени исчезают, но в производной коэффициента прохождения от энергии остаются два пика, равноотстоящие по энергии от средней высоты барьера на амплитуду колебаний высоты барьера. Найденные особенности предлагается наблюдать экспериментально при облучении полупроводниковой структуры с квантовым точечным контактом на частотах 0,01–1,7 ТГц.
|
|
Третьяков Д. Б., Коляко А. В., Плешков А. С., Энтин В. М., Рябцев И. И., Неизвестный И. Г. Исследование статистики регистрации одиночных фотонов двумя фотодетекторами для применений в квантовой криптографии Предложен метод обнаружения атаки с делением числа фотонов в квантово-криптографических системах связи по измерению распределения числа фотонов в лазерном импульсе. Вместо использования сложного фотодетектора, способного различать число зарегистрированных фотонов, мы предлагаем использовать два обычных однофотонных детектора на основе лавинных фотодиодов. Представлены результаты экспериментов по измерению числа фотонов в лазерном импульсе и их сравнение с теоретическими расчетами. Обсуждаются пределы применимости предложенного метода.
|
|
Комбинационное рассеяние – 90 лет исследований От редколлегии С 28 мая по 1 июня 2018 г. на базе Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН в новосибирском Академгородке проведены конференция и школа молодых ученых по актуальным проблемам спектроскопии комбинационного рассеяния света (с участием иностранных ученых) «Комбинационное рассеяние – 90 лет исследований». Конференция была приурочена к очередному юбилею открытия явления комбинационного рассеяния света. Продолжаем начатую в предыдущем номере журнала (см. Сибирский физический журнал. 2018. Т. 13, № 3) публикацию расширенных тезисов наиболее интересных из представленных на этой конференции докладов.
|
|
Jersch J., Demokritov S. Complex for Nanoscale Researches by Using TERS, SNOM, BLS, and SPM Techniques We will focus in on our recent developed Complex for nanoscale research with TERS (Tip Enhanced Raman Scattering), SNOM (Scanning Nearfield Optical Microscopy), BLS (Brillouin Light Scattering) and SPM (Scanning Probe Microscopy) techniques, designed in Laboratory of Nonlinear Magneto dynamic (Head Prof. Dr. S. O. Demokritov) in Institute for Applied Physics and Center for Nonlinear Science, University of Muenster. The Complex, built on base of SPM NTEGRA Spectra C (NTMDT) and 6-pass Tandem-Fabry-Perot-Interferometer (JRS Scientific Instruments), designed for nanotechnology research, mainly on spintronic nanostructures.
|
|
Стрекаль Н. Д., Аскирка В. Ф., Маскевич С. А. Разделение вкладов КР и люминесценции в спектрах хромофоров в ближнем поле у поверхности с плазмонными свойствами Наблюдаемый эффект разделения вкладов КР и люминесценции при резонансном возбуждении хромофоров, осажденных непосредственно на поверхности плазмонных пленок или плазмонных кристаллов, обсуждается в рамках влияния размеров наночастиц и спектральной отстройки между положением 0-0 перехода в хромофорах и максимумом полосы резонансного возбуждения локализованных плазмонов. Разделение вкладов КР и флуоресценции хромофоров в первом адсорбционном слое обобщается введением размерно-спектрального фактора.
|
|
Гайслер В. А., Деребезов И. А., Гайслер А. В., Дмитриев Д. В. Люминесценция одиночных квантовых точек InAs и AlInAs Исследована система квантовых точек на основе твердых растворов AlxIn1–xAs / AlyGa1–yAs. Использование широкозонных твердых растворов AlxIn1–xAs в качестве основы квантовых точек позволяет существенно расширить спектральный диапазон излучения в коротковолновую область, включая участок длин волн вблизи 770 нм, представляющий интерес для разработки аэрокосмических систем квантовой криптографии. Методом криогенной микрофотолюминесценции изучены оптические характеристики одиночных AlxIn1–xAs квантовых точек, выращенных по механизму Странского-Крастанова. С использованием интерферометра Хэнбери Брауна – Твисса исследована статистика излучения экситонных состояний одиночных квантовых точек. Функция парных фотонных корреляций отчетливо демонстрирует субпуассоновский характер статистики излучения, что является прямым подтверждением возможности создания излучателей одиночных фотонов на основе AlxIn1–xAs квантовых точек. На участке длин волн вблизи 770 нм исследована тонкая структура экситонных состояний квантовых точек. Показано, что величина расщепления экситонных состояний сравнима с естественной шириной экситонных линий, что представляет большой интерес для разработки излучателей пар запутанных фотонов на основе AlxIn1–xAs квантовых точек.
|
|
Мороз Т. Н., Горяйнов С. В., Пономарчук В. А. Структурные особенности природных углеродистых веществ разного генезиса по данным спектроскопии комбинационного рассеяния света Методом неразрушающей спектроскопии комбинационного рассеяния света изучены структурные характеристики природных углеродистых веществ и их взаимосвязь с температурой образования, сорбционными свойствами в породах с различной концентрацией углерода. Параметры КР спектров первого порядка, а именно, положение и ширины полос позволили разделить образцы разного генезиса. Показаны вариации степени структурного разупорядочения графитов и углеродистых веществ как в пределах одного месторождения, так и в образцах разных месторождений.
|
|
Горяйнов С. В., Бородина У. О. Исследование методом спектроскопии комбинационного рассеяния света сверхгидратации цеолита ломонтита при высоком давлении Сверхгидратация ломонтита изучена методом спектроскопии КР при сравнении сжатия в водной (до 9,3 ГПа) и водно-спиртовой (MEW – метанол / этанол / вода – 16 / 3 / 1) (до 5,8 ГПа) средах. Использовался Ca-Na-K- ломонтит из Ахалцихе (Грузия) {Ca2,73Na1,44K1,03(H2O)n} [Al7,93Si16,07O48] с 12< n <18 в зависимости от влажности и давления среды, где повышенное содержание соответствует сверхгидратированной фазе. Методом КР обнаружены: гетерогенное состояние Ca-Na-K-ломонтита в области Р = 0–2,2 ГПа при сжатии в среде MEW, которое отсутствует при его сжатии в воде; нарастающее различие в зависимостях частот линий КР от давления (2,2–4,5 ГПа) при сравнении сжатия в воде и MEW, что может свидетельствовать о проникновении дополнительного количества воды в каналы при сжатии во льде VII; полиморфный переход в ломонтите при 4,5–4,8 ГПа и начало разупорядочения структуры ломонтита (выше 8 ГПа).
|
|
Чернышев В. А., Рюмшин В. С. Фононный спектр MeF2 (Me = Ca, Sr, Ba, Pb) в кубической и орторомбической фазах: ab initio расчет В рамках МО ЛКАО подхода с использованием гибридных DFT функционалов, учитывающих вклад нелокального обмена в формализме Хартри – Фока, проведено исследование кристаллической структуры и фононного спектра кристаллов MeF2 (Me = Ca, Sr, Ba, Pb) как в кубической, так и в орторомбической фазе. Определены частоты и типы фундаментальных колебаний, активных в ИК и КР. Расчеты проводились в программе CRYSTAL14, предназначенной для моделирования периодических структур в рамках МО ЛКАО подхода.
|
|
|
Информация для авторов |
|
|
|
|