CC BY
7BWM) [3], которая вступила в силу в 2017 году. Между тем, в 2016 году были обновлены Руководящие принципы утверждения систем управления балластными водами (G8) (MEPC.279 (70)).В отличие от старой версии руководящих принципов G8, в новых спецификациях G8 впервые были выдвинуты обязательные требования по оценке роста организмов в обработанных балластных водах. Это означает, что все утвержденные системы очистки балластных вод соответствуют старому стандарту G8должны быть повторно утверждены в соответствии с новыми руководящими принципами G8, и должна быть проведена оценка роста организмов.
В настоящее время 65 типов систем одобрены на основе старых руководящих принципов G8 (согласно статистике конференции MEPC69). В то время как 51% утверждённых систем используют методы, основанные на ультрафиолетовом излучении, 39% из них используют способы, основанные на электролизе, и только 10% системиспользуют другие технологии, такие как методы озонирования и дезоксигенации. При применении на судне и лабораторных испытаниях систем очистки балластных вод на основе УФ-излучения были обнаружены риски повторного роста организма, в то время как в системах электрохимической, озоновой и дезоксигенирующей обработки не сообщалось о повторном росте, поскольку в таких предполагается, что системные организмы полностью разложились.
В настоящее время системы на основе УФ-излучения обычно сочетают фильтрацию и ультрафиолетовое облучение в системе
очистки, такие как Hyde Guardian TM в Соединенных Штатах, GloEn-
Patrol TM в Корее, китайский Sea Shield,AHEAD, Cyeco TM, BSKY TM, Seascape, BALWAT. Кроме того, довольно много УФ-систем используют УФ-фотокаталитический метод, такой как система Sea Doctoral. В этих системах первичная обработкафильтрации может удалить большинство организмов из балластной воды, а УФ-установка в основном работает с микроводорослями размером менее 50 мкм и микроорганизмами [4, 5] в балластной воде.
Для оценки соответствия новым руководящим принципам G8будут всесторонне рассмотрены риски повторного роста в системах очистки балластных вод на основе ультрафиолетового излучения, и в документе будут обсуждены возможные пути повторного роста иметоды подавления повторного роста.
Рост микроорганизмов в системах очистки балластных вод на основе ультрафиолетового излучения. Восстановление организма после ультрафиолетового облучения.
До сих пор было проведено лишь несколько исследований по восстановлению организмов в обработанной балластной воде. В таблице 1 обобщены текущие исследования по восстановлению роста организмов в лабораторной балластной воде или реальной балластной воде. Как показано в таблице 1, почт и всенаблюдаемые водоросли, бактерии и все организмы, собранные в балластной воде,
показали отрастание послеобработки ультрафиолетовым излучением. По-видимому, среда роста оказывает незначительное влияние на восстановление организма. Исключение составляют только организмы, находящиеся под пятидневным наблюдением после обеззараживания с помощью UVC-TiO2 и дляMicrocystis aeruginosa во время 10 дневного наблюдения после облучения 200-350 МДж / см2 UVC.
Таблица 1
Рост микроорганизмов в системах очистки балластных вод на основе УФ - излучения_
Начальная nTOTHOCTb(/mL ) УФ дозы(mJ/cm2 ) Восстановлени е Время восстановлени я (дни) Среда
Chlorella autotrophica 105-106 100-400 ДА 5 15°С, видимый свет силой 70 йЕш2 s 1
Chaetoceros. calcitrans 105-106 100-400 ДА 9
Phaeocystis globosa -- <730 ДА 6
Microcystis aeruginosa 50—100 ДА 3-5
106 200—350 Нет(10-дневное наблюдение) --
Anabaena flosaquae 106 50~200 ДА 1-3
Oscillatoria planctonica 106 200 ДА 2 Светлый инкубатор
Chlorella vulgaris 106 200 ДА 3
Scenedesmus obliquus 106 50-200 ДА 2-7
Synedra acus 106 20-200 ДА 2-9
0rganisms>50^ >105 260 Нет 5 32.5PSU,23.4°C,
m 260(+Ti02) ДА 5 РН=8.15,темнот а
10^m< organisms <50^m >103 260 ДА 5
260(+Ti02) Нет 5
Heterotrophic bacteria 104 260 ДА 5
260(+Ti02) ДА 5
E. coli 104 260(+Ti02) ДА 5
Chlorella autotrophica, Chaetoceros calcitrans и Phaeocystis globosa наблюдались для
восстановиться после УФ облучение в 5-дневный и 9-дневный периоды.
Chaetoceros calcitrans могут образовывать цисты (покоящиеся споры) при воздействии более низких доз ультрафиолетового излучения, что может быть
связано с физиологическими особенностями видов диатомовых водорослей для создания кремнеземной кл еточнойстенки для защиты от агрессивной среды. Однако, когда они подвергались воздействию в более высоких дозах, по-видимому, кисты не образуются, и клетки могут восстановиться на 2-й день после УФ-обработки[6]. Доказано, что Phaeocystis globosa очень чувствителен к ультрафиолетовому излучению, которое может потерять фотосинтетическую активность при более
высоком ультрафиолетовом облучении[6].
Также, Microcystis aeruginosa, Anabaena flosaquae, Oscillatoria planctonica, Chlorella vulgaris, Scenedesmus obliquus восстанавливаются и растут после УФ обработки[7]. В судовых
условиях, организмы >50 мкм и 10 мкм<организмы <50 мкм также показывают отрастание после обработки только УФ-излучением во время 5-
дневного нахождения в в балластном танке[8]. Heterotrophic bacteria и E. Coli Восстанавливают свою продуктивность после одной обработки. Однако, если 260 МДж/см2 УФ облучение объеденить с TiO2 уже меньшее колличество организмов останется в балластном танке после 5-дневного наблюдения, и НЕТ очевидно отрастания организмов.
Пути восстановления организма.
При ультрафиолетовом облучении поражаются клеточные компоненты организмов, такие как клеточная стенка, белок, хлоропласт, ядро, цепочка ДНК, которые могут быть повреждены в два этапа. На первом этапе клетки организмов могут подвергаться обезвоживанию,
теряя внутриклеточную воду, и изменяться в форме и размере. Такие повреждения периферии могут быть не смертельными для организмов, и организмы могут восстанавливаться после повреждений клеточной стенки, белка, хлоропласта. На втором этапе клеточная мембрана, структура и цепочки ДНК могут быть разорваны, а затем образуется димер
пиримидина для соединения разорванных цепей ДНК посредством реакции циклоприсоединения. Такие п овреждения ДНК возможно, восстанавливается ферментами репарации
ДНК, которые существуют в бактериях, цианобактериях, грибах, растениях, позвоночных и даже в микроводорослях антарктического льда[8]. Обычно ферменты могут играть роль восстановления повреждений по двум путям: светлое восстановление и темное восстановление. При восстановлении света, связи между димерами пиримидина разрушаются при воздействии видимого света 400-700 нм. Во время восстановления в темноте удаляются димеры пиримидина или происходит рекомбинация поврежденной ДНК без участия видимого света. После светлого или темного восстановления организмы, вероятно, восстановят нормальную физиологическую функцию.
Предполагается, что при обработке балластной воды ядро и цепочки ДНК повреждаются при высоких дозах ультрафиолетового облучения. До тех пор, пока ядерный ущерб настолько велик, что ферменты репарации ДНК не могут должным образом воздействовать на репарацию, организмы могут погибнуть и не могут восстановиться. Однако, если ущерб от УФ -обработки не такой тяжелый, димеры пиримидина , образующиеся в ДНК , будут разрушены или удалены путем восстановления при свете или в темноте с помощью фермента репарации ДНК.
Ингибирование роста организма после ультрафиолетового облучения
Подавление роста микроорганизмов в системах на основе УФ- излучения будет основной задачей для очистки балластных вод. С одной стороны, если интенсивность ультрафиолетового излучения достаточно высока, чтобы полностью разрушить клетки организмов, эффекты восстановления не могут возникнуть. Например, было обнаружено, что
ДНК Tetraselmis sp разлагается при высокой дозе ультрафиолетового излучения, что может привести к гибели Tetraselmis sp [9]. Кроме того, бактерии могут понести необратимый ущерб при воздействии высоких доз ультрафиолетового излучения[10]. С другой стороны, УФ-фотокаталитическая обработка может препятствовать повторному росту организмов. Фотокатализаторы могут производить активные оксиды (такие как OH, O2, OOH) УФ радиация повышаетспособность к окислению в системе. Активные оксиды могут повредить проницаемость клеточной стенки и клеточной мембраны, а затемповредить метаболизм и ДНК клеток. Тогда ферменты репарации
ДНК могут утратить эффект репарации. Поэтому УФ-ТЮ2 может стать эффективным способом
ограничения светлой и тёмной репарации после УФ облучения. На самом деле УФ- фотокаталитические методы с нано TiO2 [11], ZnO [12] или Ag-TiO2 способны продлить время восстановления или свести к минимуму количество отрастания [13, 14]. УФ-фотокаталитик может быть способен полностью подавить повторный рост бактерий ,
поскольку размер и структура бактерий сравнительно просты [9,15], однако для водорослей трудно полнос тью инактивировать рост с помощью фотокатализа. Хотя УФ/ГЮ2 работает лучше, чем только Уф излучение при обработке балластной воды, его нельзя широко применять, поскольку на фотокаталитические эффекты может сильно влиять соленость морской воды [16].
Выводы
Таким образом, в системах на основе УФ-излучения через 1 -9 дней наблюдался рост микроорганизмов в обработанной балластной воде. Системам, основанным на ультрафиолетовом излучении, трудно соответствовать оценке роста, предусмотренной новым стандартом G8. Следовательно, необходимо срочно искать эффективный способ усиления ультрафиолетового облучения для ингибирования роста организмов в системах на основе УФ. Увеличение доз
ультрафиолетового излучения или добавление фотокатализаторов могут бытьдоступными вариантами ингибирования роста. Бактерии могут полностью разлагаться при применении данных способов. Но не все виды водорослей могут быть полностью инактивированы для защиты клеточных стенок илиформ кисты. Кроме того, на УФ-фотокаталитический метод может сильно влиять соленость морской воды. Таким образом, предстоит еще долгий путь для изменения методов обработки на основе УФ-излучения для утверждения нового стандарта G8 ; в противном случае установка на борту систем очистки балластных вод может потерятьсвое значение.
Библиографический список
N.Nosrati-Ghods, M.Ghadiri, and W.G.Fruh: Mar. Pollut. Bull. Vol. 114(1) (2017), p. 42S.
M. Gregg, G. Rigby and G.M. Hallegraeff Aquatic Invasions Vol. 3(4) (2009), p. 44.
M. David and S. Gollasch: Mar. Pollut. Bull. Vol. 56(12) (200S), p. 1966.
Y. Shi, S. Jing, X.D. Jin, X. Li, L.C. Dai, and S.Y. Gao: J. INVEST. MED. Vol. 424(1S) (2012),p.27.
S. Riley, E. Lemieux, and S. Robbins: J. APPL. PHYCOL. (2005), Vol.24, p.751.
Z. Lei: Master's Thesis, Hunan University, (2013).
Y. Tao, X.Z. Mao, X.H. Zhang, K. Yuan, W.T. Doris: J Tsinghua Univ(Sci& Tech) Vol. 50(9) (2010), p 1412.
N. Zhang, K. Hu, and B. Shan: Chem. Eng.J. Vol. 243 (2014), p. 7.
Z. Sun and E.R. Blatchley: Water Res. Vol. 121 (2017), p. 311.
C. Shang, L.M. Cheung, C.M. Ho, and M. Zeng: Appl. Catal. Vol. S9(3-4) (2009), p. 536.
D. Wu: Doctoral Thesis, Harbin Institute of Technology, (2011).
P. Sathe, M.T.Z. Myint, S. Dobretsov, and J. Dutta: Sep. Purif. Technol. Vol. 162 (2016), p. 61.
X. Liao: Doctoral Thesis, Huazhong University, (2009).
Z.J. Ren, L. Zhang, Y. Shi, J. C. Shao, X. D. Leng, and Y. Zhao: J. Residuals Sci. Tech. Vol. 13(1) (2016), p.
31.
Y.H. Chen and C. Lin: Shanghai Environ. Sci. Vol. 34(5) (2015), p. 5.
J. Moreno-Andrés, L. Romero-Martínez, A. Acevedo-Merino and E. Nebot: Sci. Total. Environ. Vol. 5S1-5S2 (2017), p. 144.
УДК 621.313.13
БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР С ИЗОЛИРОВАННЫМ ЗАТВОРОМ
Капен Тилеген Абайулы Kapen Tilegen Abaiuly
Студент Student
КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева KNRTU-KAI named after A. N. Tupolev Казань, Россия Kazan, Russia
INSULATED-GATE BIPOLAR TRANSISTOR
Аннотация: Биполярный транзистор с изолированным затвором - это транзистор, который представляет смесь биполярного и униполярного транзисторов. Поэтому он перенял их главные преимущества и нашел широкое применение в устройствах с высокой мощностью и высоким напряжением.
Abstract: Insulated-gate bipolar transistor is a cunningly composed hybrid of field-effect and bipolar transistors. At the same time, it has adopted the main advantages of the two main types of transistors and has found wide application in high-power and high-voltage devices.
Ключевые слова: транзистор, гибрид, биполярные, полевые, мощность, электроника.
Key words: transistor, hybrid, bipolar, field, power, electronics.
Транзистор, или полупроводниковый триод - это регулирующее устройство, которое управляет потоком энергии от источника к нагрузке. Существует два главных типа таких регулирующих устройств: биполярные и полевые. Первый тип состоит из трех контактирующих полупроводниковых областей, виды проводимостей которых чередуются. Эмиттер - наиболее легированная область транзистора, то есть в ней наибольшее количество свободных зарядов. База - тонкая и слабо легированная область. Коллектор - это область, которая имеет наибольший объем и имеет хороший тепловой контакт с корпусом.
Рассмотрим принцип работы на биполярном транзисторе n-p-n типа (рис.1). Когда напряжение база-эмиттер достаточно чтобы открыть первый p-n переход, электроны из эмиттера переходят в базу. Данный процесс называется инжекцией зарядов. Затем происходит диффузия электронов от первого перехода ко второму. Далее, под действием напряжения коллектор-база и напряжения создаваемым вторым p-n переходом электроны, движутся в коллектор.
Рис. 1. Строение и обозначение биполярного транзистора n-p-n типа
Таким образом, относительно малым током со стороны базы можно управлять довольно значительным током со стороны коллектора.
Второй вид - полевые (униполярные) транзисторы. Они бывают с управляющим p-n переходом и с МОП структурой. Оба вида униполярного устройства бывают с каналами p и п типов. Затвор, исток и сток - части униполярного транзистора. Они образую некую аналогию с базой, эмиттером и коллектором соответственно. Однако принцип действия полевых транзисторов довольно отличается в зависимости от внутреннего устройства.
Рассмотрим строение униполярного транзистора МОП структуры с индуцируемым каналом п типа (рис.2). P-область слабо легирована, а n-области легированы значительно. Сверху, между двумя областями п проводимостей, нанесен тонкий слой диэлектрика (окись кремния). На слой диэлектрика нанесен тонкий слой металла. Отсюда и название - аббревиатура МОП означает металл-окись-полупроводник, также такие транзисторы могут встречаться под названием МДП - металл-диэлектрик-проводник. В отличие от биполярных транзисторов, полевые транзисторы МОП структуры имеют 4-ый
