Моделирование процессов ионизации в катодном пятне вакуумной дуги Текст научной статьи по специальности «Физика»

Решетнеескцие чтения. 2015

3. Создание автоматизированной системы не увязывается соответствующим образом с задачами развития, наделением данной системы высокой степенью гибкости и адаптации к изменениям в окружающей обстановке.

Таким образом, проблемы создания и развития автоматизированных систем - это прежде всего модель-но-алгоритмические и информационные проблемы, требующие для своего решения разработки фундаментальной теоретической базы [6].

Библиографические ссылки

1. Хасанов Е. Р., Зеленков П. В., Бахмарева К. К., Смирнов О. О. Система анализа эффективности деятельности предприятий социальной сферы // Путь науки. 2015. № 1 (11). С. 48-49.

2. Хасанов Е. Р., Смирнов О. О., Бахмарева К. К., Зеленков П. В. К вопросу анализа эффективности деятельности предприятий ЖКХ // Международный научно-исследовательский журнал. 2014. № 7-1 (26). С. 60.

3. Хасанов Е. Р., Зеленков П. В., Смирнов О. О. Баланс социальной и экономической эффективности в анализе деятельности предприятий ЖКХ // Потенциал современной науки. 2014. № 4. С. 30-32.

4. Хасанов Е. Р., Зеленков П. В. Информационные технологии в оценке эффективности деятельности предприятий // Информационно-телекоммуникационные системы и технологии (ИТСиТ-2012) : материалы Всерос. молодежной конф. Кемерово, 2012. С. 82.

5. Гончарова И. С., Ковалев И. В. Повышение эффективности метода DEA за счет предварительного анализа параметров предприятия // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2011. Т. 1, № 7. С. 313-314.

6. Ковалев Д. И., Туева Е. В., Клименко А. В. Анализ организационно-технологических комплексов предприятий на основе аналитического метода оценки эффективности сложных систем // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 8-2. С. 159-162.

References

1. Hasanov E. R., Zelenkov P. V., Bahmareva K. K., Smirnov O. O. [System analysis of efficiency of activity of enterprises of the social sphere] // Putnayka. 2015. No. 1(11), рp. 48-49 (In Russ.).

2. Hasanov E. R., Smirnov O. O. Bahmareva K. K., Zelenkov P. V. [To the question of analysis of efficiency of activity of the enterprises of housing and communal services] // Megdunarodniy nauchno-issledovatelskiy gurnal. 2014. No. 7-1(26), рp. 60 (In Russ.).

3. Hasanov E. R., Smirnov O. O. Smirnov O. O. [The balance of social and economic efficiency in the analysis of activity of the enterprises of housing and communal services] // Potential sovremennoi nauki. 2014. No. 4, рp. 30-32 (In Russ.).

4. Hasanov E. R., Zelenkov P. V. Information technology in the assessment of the efficiency of enterprises [Informacionnie tehnologii v ocenke effektivnosti deiatelnosti predpriatiy] // Materialy Vserossiyskoy molodegnoy konferencii "Informacionno-telecommynikacionnye sistemy i tehnologii" [Materials of all-Russian youth conference "Information and telecommunication systems and technologies"]. Kemerovo, 2012. Pр. 82 (In Russ/).

5. Goncharova I. S., Kovalev I. V. Improving the efficiency of the DEA method due to the preliminary analysis of the enterprise [Povyshenie effektivnosti metoda DEA za schet predvaritelnogo analiza parametrov predpryatia] // Aktualnie problemy aviacii i kosmonavtiki [Actual problems of aviation and cosmonautics]. Krasnoyarsk, 2011. No. 7, pp. 313-314 (In Russ.).

6. Kovalev D. I., Tueva E. V., Klimenko A. V. [The analysis of organizational and technological systems of the enterprises on the basis of an analytical method of evaluating the effectiveness of complex systems] // Megdunarodniy gurnal prikladnyh i fundamentalnyh issledovaniy. 2014. No. 8-2, рp. 159-162.

© Туева Е. В., Туев Е. В., 2015

УДК 537.525.5

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИОНИЗАЦИИ В КАТОДНОМ ПЯТНЕ ВАКУУМНОЙ ДУГИ

А. В. Ушаков1'2, И. В. Карпов12, А. А. Лепешев2,3

1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

2Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79

3Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50 E-mail: [email protected]

Рассматривается модель катодного пятна вакуумной дуги в рамках дрейфово-диффузионного представления. Показано, что основным источником электронов, обеспечивающих токоперенос вакуумной дуги, являются ионизационные процессы в прикатодной области, а эмиссионные процессы являются вспомогательным источником «затравочных» электронов.

Ключевые слова: моделирование, дуговой разряд, вакуумные дуги, катоды.

Математические методы моделирования, управления и анализа данных

MODELING METAL VAPOR IONIZATION PROCESSES IN THE CATHODE SPOT

OF A VACUUM ARC

A. V. Ushakov1,2, I. V. Karpov1,2, A. A. Lepeshev2,3

1Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 2Siberian Federal University 79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation 3Krasnoyarsk Scientific Center, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences 50, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation E-mail: [email protected]

In this paper the model of the cathode spot of a vacuum arc is considered in the framework of the drift-diffusion representation. It is shown that the main source of electrons, providing current transfer vacuum arc are ionization processes in the cathode region and emission processes are auxiliary source of "bare" electrons.

Keywords: Arc discharges, Cathodes, Modeling, Plasma arc devices, Vacuum arcs.

Повышение конкурентоспособности изделий в аэрокосмической отрасли в значительной степени связано с использованием перспективных материалов различного функционального назначения, и в том числе нанопорошков, одним из методов получения которых является дуговой разряд низкого давления. При его использовании возникают задачи по теоретическому исследованию процессов, происходящих в катодном пятне, и выделению параметров, оказывающих наибольшее влияние на физико-химические свойства нанопорошков [1-4]. Все указывает на то, что у дуговых разрядов много общего с искровыми разрядами [5; 6], однако из-за небольшой протяженности катодного пятна использовать традиционные модели таундсендовского лавинно-стримерного механизма производства плазмы нельзя.

В модели решалась нестационарная одномерная задача с однородным полем. Система дифференциальных уравнений в частных производных решалась в программном пакете Comsol методом конечных элементов. Поскольку все процессы, протекающие в катодном пятне, имеют характерные времена 5-100 ш, то решение задачи об ионизации описывается уравнением Нернста-Планка-Эйнштейна, дополненным уравнением Пуассона, пренебрегая процессами образования плазмы, электронейтральности и т. д., что позволило выявить влияние отдельных механизмов ионизации на структуру и динамику развития катодного пятна:

3- + div[-DeVne -veneE] =

(E) Пе - Vatt (E) ne - Cee>

■ div [-D+Vn+ - n+ EJ = (E ) ne ceen+ ne + S ph + Su

+ Sph + Sui

dn+ ~dt

= v,

Дф = -

f e ^

V о

(n+- ne);E = -Уф.

На рисунке показано развитие дугового разряда в различные моменты времени. Видно изменение концентрации электронов, эмитируемых катодом в про-

цессе движения к ионному облаку. Количество электронов в нем постепенно нарастает под действием ударной ионизации, а радиус облака увеличивается из-за диффузии. Объемный заряд пока слишком мал, чтобы заметно изменить электрическое поле - это начальная фаза.

График изменения концентрации электронов в прикатодной области в моменты времени от 2 до 5 ш с шагом 0,1 ш

В процессе развития разряда отчетливо проявляются два максимума концентрации электронов. Первый, основной - в прикатодной области, второй - рядом с ионным облаком. Появление второго максимума вызвано первыми немногочисленными электронами, достигшими ионного облака. Из-за диффузии отдельные электроны достигают его раньше, чем до него доходит основная часть электронов. Эти электроны из-за высокой напряженности поля вблизи ионов и, как следствие, высокой частоты ионизации, приводят к быстрому повышению концентраций непосредственно у ионного облака. Этот максимум быстро обгоняет первый по величине, и в момент t = 2,8 ш становится заметным на его фоне. Тем не менее, поскольку скорость ионизационных процессов значи-

Решетневские чтения. 2015

тельно выше скорости дрейфа электронов, первый максимум начинает интенсивно расти, и в момент времени 4,2 ns они сравниваются.

Напряженность поля плазменного столба катодного пятна существенно понижена. Сам столб окружен объемным зарядом медленных положительных ионов, обеспечивающих высокую напряженность поля перед ним. На стадии сформировавшегося плазменного котла ионизация металлического пара идет преимущественно в тонком слое перед облаком ионов, а в столбе преобладает рекомбинация ионов. Ионизация обеспечивает постоянное удлинение проводящего плазменного столба и перемещение слоя объемного заряда на внешнюю границу текущего состояния, т. е. в направлении от катода. Это, в свою очередь, приводит к перемещению локального максимума электрического поля и зоны интенсивной ионизации и обеспечивает движение так называемой волны ионизации.

Библиографические ссылки

1. Особенности поведения электродуговых наноча-стиц CuO в магнитном поле / А. В. Ушаков [и др.] // ФТТ. 2015. № 57(5). С. 903-907.

2. Влияние концентрации кислорода на формирование кристаллических фаз наночастиц ZrO2 в процессе синтеза в плазме дугового разряда низкого давления / А. В. Ушаков, И. В. Карпов, А. А. Лепешев // ФТТ. 2015. № 57(11). С. 2251-2253.

3. Enhancing of magnetic flux pinning in YBa2Cu3O7-x/CuO granular composites / A. V. Ushakov [et al.] // J. Appl. Phys. 2015. № 118(2). P. 023907. URL: http://dx.doi.org/10.1063/ 1.492б549.

4. Technology Ready Use For Producing Nanomate-rials in the Plasma of a Low-Pressure Pulsed Arc Discharge / А. В. Ушаков [и др.] // Вестник СибГАУ. 2015. № 1б(2). С. 485-490.

5. Автоэмиссия катода как возможный фактор перехода стримерного канала в искровой / Д. Г. Коре-

нюгин, А. М. Марциновский, К. Е. Орлов // Письма в ЖТФ. 2009. № 35(20). С. 34-40.

6. Rakhovskii V. Experimental Study of the Dynamics of Cathode Spots Development // IEEE Transactions on Plasma Science. 1976. № 4(2). P. 81-102.

References

1. Ushakov A. V., Karpov I. V., Lepeshev A. A., Petrov M. I., Fedorov L. Yu. Specific Features of the Behavior of Electroarc CuO Nanoparticles in a Magnetic Field / Physics of the Solid State, 2015. Vol. 57, no. 5, рp. 919-923.

2. Ushakov A. V., Karpov I. V., Lepeshev A. A. The influence of oxygen concentration on the formation of crystalline phases ZrO2 nanoparticles during the synthesis of the plasma arc discharge of low pressure // Physics of the Solid State, 2015. Vol. 57, no. 11, рp. 2251-2253.

3. Ushakov A. V., Karpov I. V., Lepeshev A. A., Petrov M. I. Enhancing of magnetic flux pinning in YBa2Cu3O7-x/CuO granular composites // J. Appl. Phys. 2015. Vol. 118, no 2, рp. 023907. URL: http://dx.doi.org/ 10.1063/1.4926549.

4. Ushakov A. V., Karpov I. V., Lepeshev A. A., Shaikhadinov A. A., Fedorov L. Yu. [Technology Ready Use For Producing Nanomaterials in the Plasma of a Low-Pressure Pulsed Arc Discharge] // Vestnik SibGA U. 2015. No. 16, рp. 485-490.

5. Korenyugin D. G., Martsinovsky A. M., Orlov K. E. Field electron emission from cathode as a possible factor in the transition from a streamer to spark discharge channel // Technical Physics Letters, 2009. Vol. 35, no. 10, рp. 944-947.

6. Rakhovskii V. Experimental Study of the Dynamics of Cathode Spots Development // IEEE Transactions on Plasma Science. 1976. No. 4(2), рp. 81-102.

© Ушаков А. В., Карпов И. В., Лепешев А. А., 2015

УДК 004.93

О ПРИМЕНЕНИИ НЕЙРОЭВОЛЮЦИОННЫХ МЕТОДОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ

РАСПОЗНАВАНИЯ ЭМОЦИЙ*

Д. В. Федотов1, М. Ю. Сидоров2

1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-таП: [email protected] 2Ульмский университет Германия, 89081, г. Ульм, аллея Альберта Эйнштейна, 43 Е-таП: [email protected]

Рассматривается задача распознавания эмоций по видео-, аудио- и текстовым данным. Предлагается использование сверточных нейронных сетей, эволюционных алгоритмов и коллективов методов интеллектуального анализа данных.

Ключевые слова: распознавание эмоций, сверточные нейронные сети, эволюционные алгоритмы.

* Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках проекта ММЕЕ157414Х0037.

10б