СИБИРСКИЙ ФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ 2022. Том 17, № 1 EN

Физика высоких энергий, ускорителей и высокотемпературной плазмы

Сандалов Е. С., Синицкий С. Л., Сковородин Д. И., Никифоров Д. А., Логачев П. В., Бак П. А., Живанков К. И., Кенжебулатов Е. К., Петренко А. В., Никитин О. А., Ахметов А. Р., Протас Р. В., Хренков С. Д., Журавлев И. А., Пензин И. В., Дон А. Р. Исследование поперечной неустойчивости сильноточного релятивистского электронного пучка в линейном индукционном ускорителе // Сибирский физический журнал. 2022. Т. 17, № 1. С. 5–22. DOI 10.25205/2541-9447-2022-17-1-5-22

Представлены результаты исследований развития поперечной неустойчивости сильноточного релятивистского электронного пучка в линейном индукционном ускорителе (ЛИУ) на энергию электронов до 5 МэВ, созданном в ИЯФ СО РАН совместно с РФЯЦ ВНИИТФ. Эти результаты получены с помощью программного комплекса, позволяющего моделировать динамику развития неустойчивости, а также рассчитывать средний инкремент ее развития по длине ускорителя. Комплекс состоит из четырех основных частей. Первая из них, выполненная на основе трехмерной модели электродинамической системы ускоряющего модуля ЛИУ, позволяет рассчитывать основные характеристики собственных электромагнитных колебаний такого модуля, вторая и третья части созданы для нахождения трехмерных ускоряющих электрических и фокусирующих магнитных полей соответственно. В последней части комплекса производится решение системы обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих как движение макрочастиц пучка в электрических и магнитных полях, создаваемых в том числе и собственными модами ускорительных модулей, так и возбуждение полей этих мод самим пучком электронов. Адекватность используемых физических моделей, заложенных в программный комплекс, тестировалась путем сравнения спектров колебаний полей в ускорительных модулях, полученных в расчетах и зарегистрированных в эксперименте. На основе полученных данных выявлены основные закономерности развития поперечной неустойчивости пучка в диапазоне частот df =0,3–1,1 ГГц, а также предложены возможные способы подавления этой неустойчивости в ЛИУ.

Ключевые слова
линейный индукционный ускоритель, сильноточный релятивистский электронный пучок, поперечная неустойчивость пучка, ускорительный модуль, дипольные колебания

Источник финансирования
Основная доля исследований проведена в ИЯФ СО РАН: работы, описанные в разделах 3.2 и 3.3 выполнены за счет средств гранта Российского научного фонда (грант № 19-12-00212), а в остальных разделах – за счет гранта Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 19-32-90057).
Эксперименты с получением пучка электронов при энергии 5 МэВ проводились в коллаборации с РФЯЦ ВНИИТФ.

Авторы выражают искреннюю благодарность А. В. Бурдакову, А. В. Аржанникову, П. В. Калинину и В. Н. Волкову за полезные замечания и обсуждения в ходе проведения исследований.

5

Куксанов Н. К., Воробьев Д. С., Салимов Р. А., Фадеев С. Н. Источник высоковольтного питания ускорителя ЭЛВ-15 // Сибирский физический журнал. 2022. Т. 17, № 1. С. 23–33. DOI 10.25205/2541-9447-2022-17-1- 23-33

Статья описывает моделирование высоковольтного источника питания для ускорителя ЭЛВ-15. Рассматриваются электромагнитные параметры выпрямителя, оцениваются пульсации и стабильность ускоряющего напряжения. Рассчитана напряженность электрического поля в источнике.

Ключевые слова
высоковольтный выпрямитель, ускоритель электронов, ЭЛВ

23

Физика жидкости, нейтральных и ионизованных газов

Адамов Н. П., Мищенко Н. А., Часовников Е. А. О динамических коэффициентах демпфирования конически-сферического тела при числе Маха М = 2,3 // Сибирский физический журнал. 2022. Т. 17, № 1. С. 34–46. DOI 10.25205/2541-9447-2022-17-1-34-46

Для описания поведения амплитуды колебаний конически-сферической модели на поперечной державке при числе Маха М = 2,3 была использована полиномиальная зависимость функции вязкого демпфирования. В качестве функции вязкого демпфирования был взят полином 4-й степени, что дало возможность описать два предельных цикла, наблюдаемых в экспериментах. Коэффициенты полинома были определены и показали хорошее соответствие численному решению предложенного уравнения динамики.

Ключевые слова
уравнение Ван дер Поля, устойчивость спускаемых аппаратов, аэродинамическое демпфирование, установка свободных колебаний

Источник финансирования
Исследование проводилось в рамках программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013–2020 годы (проект № АААА-А17-117030610125-7). Эксперименты проведены с использованием ЦКП «Механика»

34

Яскин А. С., Зарвин А. Е., Каляда В. В., Дубровин К. А., Художитков В. Э. Истечение этанола в среду с варьируемой степенью разрежения // Сибирский физический журнал. 2022. Т. 17, № 1. С. 47–64. DOI 10.25205/2541-9447-2022-17-1-47-64

Представлены экспериментальные результаты наблюдения микроструй этанола, истекающих в сильно разреженную среду (вакуум) через сопло. Изучение процесса производилось как при горизонтальном, так и при вертикальном по направлению силы тяжести истечении жидкости из источника. Соблюдалось условие поддержания в вакуумной камере неизменным давления остаточного газового фона на уровне намного ниже давления насыщенных паров рабочей жидкости при заданной температуре истечения. Показана возможность моделирования сложных процессов истечения микроструй жидкостей в пространство с заданной разреженной атмосферой на компактном вакуумном газодинамическом стенде. Установлено, что длительное истечение из тонкого капилляра или отверстия малого диаметра в вакуум или сильно разреженную газовую среду существенно отличается от хорошо изученных режимов истечения в плотную газовую среду, а также от импульсных режимов истечения в вакуум. В работе описаны основные особенности течения и условия возникновения неустойчивости. Показано, что длительное течение микроструи жидкости в вакууме обладает высокой степенью поверхностной неустойчивости с большим количеством внезапных изменений направления, структуры и наблюдаемой плотности. Предложено объяснение причин разрушения микроструи, обусловленных преимущественно совокупностью капиллярной неустойчивости и интенсивного испарения перегретой жидкости с поверхности струи с образованием поверхностных газовых каверн, вызывающих взрывное разрушение микроструи и выброс парожидкостных капель.

Ключевые слова
микроструя жидкости, поверхностная неустойчивость, моделирование условий вакуума, этанол, насыщенный пар

Источник финансирования
Работа выполнена при финансовой поддержке, оказанной Министерством науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSUS-2020-0039) и РФФИ (грант № 20-01-00332/20). В экспериментах использовано оборудование ЦКП «Прикладная физика» НГУ

47

Гулов М. А. Оптимизация параметров лазерной наплавки порошка на основе системы никель-алюминий // Сибирский физический журнал. 2022. Т. 17, № 1. С. 65–77. DOI 10.25205/2541-9447-2022-17-1-65-77

Произведена оптимизация параметров лазерной наплавки для получения качественного единичного трека. В качестве материала наплавки был использован порошок алюминида никеля (Ni3Al) – ПН85Ю15. В ходе работы было получено 60 образцов, наплавленных при различных параметрах мощности, скорости сканирования, положения фокуса лазерного луча относительно поверхности порошкового слоя. Были измерены геометрические характеристики полученных единичных треков. Обнаружено, что размеры единичных треков уменьшаются с ростом скорости. Повышение мощности лазерного излучения приводит к увеличению ширины и высоты единичного трека, а также к увеличению глубины проплавления подложки. Исследована зависимость геометрических характеристик единичных треков от температуры ванны расплава. Также в работе была измерена микротвердость полученных образцов, найдена зависимость микротвердости образцов от скорости сканирования. Обнаружено, что микротвердость полученных образцов коррелирует с количеством энергии, сообщенной порошковому слою и температурой ванны расплава. Установлено, что совокупность экспериментальных данных описывается в обобщенных пространственных и энергетических координатах линейной зависимостью.

Ключевые слова
лазерная наплавка, селективное лазерное сплавление, ванна расплава, единичный трек, никелид алюминия, ПН85Ю15

Источник финансирования
Работа выполнена в рамках государственного задания № 121030900259-0

65

Физика твердого тела, полупроводников, наноструктур

Рыбак А. А., Кузнецов С. А., Аржанников А. В., Николаев Н. А. Разработка узкополосного фильтра для реализации метода андерсемплинга в импульсных терагерцовых спектрометрах // Сибирский физический журнал. 2022. Т. 17, № 1. С. 78–92. DOI 10.25205/2541-9447-2022-17-1-78-92

Рассмотрен подход к созданию узкополосного квазиоптического фильтра с центральной частотой v = 806 ГГц (L = 372 мкм), предназначенного для реализации метода андерсемплинга в импульсной терагерцовой спектроскопии. Частота выбрана с целью мониторинга линии поглощения молекулярного газа СО в локальном окне прозрачности атмосферы. Фильтр основан на эталоне Фабри – Перо и представляет собой полипропиленовую пленку с нанесенными с обеих сторон частотно-избирательными поверхностями (ЧИП) в форме квадратных прорезей в напыленном алюминиевом слое. Посредством численного моделирования пропускания предложенной структуры определено, что оптимум отношения ширины металлической перемычки a к латеральному периоду g ЧИП лежит в окрестности a/g = 0,5. При выборе g менее половины рабочей длины волны L показано, что полная ширина на полувысоте пропускания получаемого квазиоптического фильтра составляет менее 4 %, что достаточно для реализации метода андерсемплинга в импульсных терагерцовых спектрометрах.

Ключевые слова
импульсная терагерцовая спектроскопия, частотно-избирательные поверхности, квазиоптические фильтры, андерсемплинг

Источник финансирования
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-32-90137.
Авторы выражают благодарность ЦКП «ВТАН НГУ» за предоставленное для выполнения проекта оборудование.

78

Учебно-методическое обеспечение преподавания физики

От редактора

93

Александров В. А., Богоявленская О. А., Ульянов А. П. Кафедра высшей математики физического факультета Новосибирского государственного университета // Сибирский физический журнал. 2022. Т. 17, № 1. С. 94–103. DOI 10.25205/2541-9447-2022-17-1-94-103

В статье представлена кафедра высшей математики физического факультета Новосибирского государственного университета. Рассказывается об истории создания кафедры, ее традициях и методах, которые используют ее преподаватели. Читатель также узнает некоторые основные сведения о коллективе кафедры и особенностях преподаваемых курсов.

Ключевые слова
математический анализ, линейная алгебра, дифференциальные уравнения, теория функций комплексного переменного, теория вероятностей, математическая статистика, вычислительные методы

94

Альперович В. Л., Квон З. Д., Латышев А. В. Кафедра физики полупроводников физического факультета Новосибирского государственного университета // Сибирский физический журнал. 2022. Т. 17, № 1. С. 104–117. DOI 10.25205/2541-9447-2022-17-1-104-117

Кафедра физики полупроводников физического факультета НГУ готовит специалистов для научно-исследовательской работы в области физики конденсированного состояния, физики полупроводников и физики низкоразмерных систем и наноструктур. Кафедра дает знания, обеспечивающие возможность ее выпускникам участвовать в развитии полупроводниковых технологий, совершенствовании существующих и создании новых приборов оптоэлектроники, микро- и наноэлектроники. В статье изложена история создания кафедры, прослежены основные этапы формирования учебных курсов и работы по организации научно-исследовательской практики студентов в лабораториях Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова (ИФП СО РАН) – базового Института кафедры. Дан обзор преподаваемых на кафедре учебных курсов для подготовки бакалавров и магистров. Рассказано о научных и технологических достижениях ИФП СО РАН, об имеющемся в лабораториях Института уникальном измерительном, аналитическом и технологическом оборудовании, что служит основой для организации научно-исследовательской работы студентов на высоком научно-методическом уровне.

Ключевые слова
физика полупроводников, физика конденсированного состояния, теория твердого тела, физика поверхности, низкоразмерные системы, гетероструктуры, электронный транспорт, атомная структура, гетероэпитаксия, оп-тические явления, радиационная физика, нанодиагностика, квантовые технологии

104

Анненков В. В., Аржанников А. В., Багрянский П. А., Беклемишев А. Д., Давыденко В. И., Синицкий С. Л., Сковородин Д. И., Судников А. В., Черноштанов И. С., Федоренков Э. А., Шошин А. А. Кафедра физики плазмы физического факультета Новосибирского государственного университета // Сибирский физический журнал. 2022. Т. 17, № 1. С. 118–141. DOI 10.25205/2541-9447-2022-17-1-118-141

В статье описана система подготовки научно-инженерных кадров на кафедре физики плазмы физического факультета НГУ с активным участием в этом процессе научных сотрудников плазменных лабораторий Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН. В тексте дано представление о плазме, как о предмете, изучаемом на этой кафедре, и далее отражена следующая информация: история создания кафедры, читаемые по кафедре спецкурсы, тематика бакалаврских и магистерских диссертаций, достижения выпускников кафедры в последнем десятилетии. С учетом основной тематики научных исследований в плазменных лабораториях ИЯФ в тексте представлен обзор работ на работающих в Институте плазменных установках и обозначена перспектива создания линейной плазменной ловушки следующего поколения (ГДМЛ). Особое внимание уделено перспективе использования открытых магнитных систем для удержания горячей плазмы применительно к решению проблемы управляемого термоядерного синтеза, поскольку эти системы должны послужить полем основной деятельности будущих выпускников кафедры физики плазмы.

Ключевые слова
кафедра физики плазмы, магнитное удержание плазмы, пучок нейтральных атомов, релятивистский электронный пучок, пучково-плазменная система

118

Шалагин А. М., Ильичев Л. В. Кафедра квантовой оптики физического факультета Новосибирского государственного университета // Сибирский физический журнал. 2022. Т. 17, № 1. С. 142–149. DOI 10.25205/2541-9447-2022-17-1-142-149

Представлена информация о кафедре квантовой оптики Новосибирского государственного университета. Кратко описана история создания кафедры ее основателем членом-корреспондентом РАН Сергеем Глебовичем Раутианом, описаны основные направления подготовки студентов и их связь с научными исследованиями преподавателей и студентов кафедры.

Ключевые слова
физика лазеров, нелинейная спектроскопия, терагерцовая спектроскопия, нанофотоника, волоконная оптика

142

Глушак А. А. Кафедра физико-технической информатики физического факультета Новосибирского государственного университета // Сибирский физический журнал. 2022. Т. 17, № 1. С. 150–154. DOI 10.25205/2541-9447-2022-17-1-150-154

Кафедра физико-технической информатики физического факультета НГУ готовит специалистов в области программного и аппаратного обеспечения физических экспериментов, хранения и обработки информации. Программа курсов кафедры предполагает изучение методов программирования, информационных технологий и аппаратного обеспечения экспериментальных установок в дополнение к фундаментальному образованию в области физики и математики, которое получают все студенты ФФ НГУ. Выпускники кафедры – специалисты в области информационных технологий с универсальной общефизической подготовкой.

Ключевые слова
физический факультет, автоматизация эксперимента, информационные технологии

150

Тельнов В. И. Кафедра физики ускорителей физического факультета Новосибирского государственного университета // Сибирский физический журнал. 2022. Т. 17, № 1. С. 155–160. DOI 10.25205/2541-9447-2022-17-1-155-160

В статье рассказывается о кафедре физики ускорителей физического факультета Новосибирского государственного университета, базирующейся в Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН.

Ключевые слова
ускорители частиц

155

Краткие сообщения

Ачасов Н. Н. О четырехкварковой природе легких скалярных мезонов // Сибирский физический журнал. 2022. Т. 17, № 1. С. 161–165. DOI 10.25205/2541-9447-2022-17-1-161-165

Рассказывается о вкладе новосибирских физиков в открытие четырехкварковой природы легких скалярных мезонов f0(980) и a0(980).

Ключевые слова
четырёхкварковые состояния, лёгкие скалярные мезоны, результаты экспериментов

Источник финансирования
Работа выполнена в рамках государственного задания ИМ СО РАН, проект № 0314-2019-0021.
Автор благодарен А. В. Киселёву и Г. Н. Шестакову за помощь в оформлении статьи

161

Исправление к статье: Кожевников А. А. Электронный спектр графена // Вестник НГУ. Серия: Физика. 2011. Т. 6, № 3, с. 71

166

Информация для авторов

167

Вернуться на главную