В статье рассматриваются аналитические выражения для потенциалов электрических полей, которые соответствуют цилиндрическим радиочастотным каналам. Электроды таких каналов представляют собой последовательность идентичных плоских диафрагм, в частном случае круговых диафрагм с апертурами постоянного радиуса. Полученные выражения позволяют оценивать возмущения транспортирующих электрических полей при приближении к краям электродов и могут быть полезны для быстрого качественного моделирования радиочастотных устройств, предназначенных для изоляции, транспортировки и фокусировки ионов.

 
Ключевые слова: аналитические решения уравнения Лапласа, высокочастотные электрические поля, электронно-оптические системы с периодическими электродами, ионопроводы

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург
(Бердников А.С., Масюкевич С.В., Соловьев К.В., Хасин Ю.И.)
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого,
Санкт-Петербург, Россия (Соловьев К.В.)
Контакты: Бердников Александр Сергеевич, asberd@yandex.ru

 
Материал поступил в редакцию 05.05.2025

В статье исследуются качественные свойства цилиндрических радиочастотных каналов, применяемых для транспортировки ионов. В качестве рабочего инструмента используются аналитические выражения для электрических полей, полученные ранее, и теория псевдопотенциала движения заряженных частиц в высокочастотных электрических полях. Рассматриваются разные режимы работы радиочастотных транспортирующих каналов: со сдвигом фазы π для напряжений между соседними электродами, со сдвигом фазы π/2 для напряжений между соседними электродами, со 100% синусоидальной амплитудной модуляцией высокочастотных синусоидальных напряжений, приложенных к электродам (обеспечивают транспортирующий эффект А-волны). Также исследуется влияние старших нелинейных пространственных гармоник электрического поля на изоляцию, транспортировку и фокусировку заряженных частиц (ионов).

 
Ключевые слова: аналитические решения уравнения Лапласа, высокочастотные электрические поля, электронно-оптические системы с периодическими электродами, ионопроводы

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург
(Бердников А.С., Масюкевич С.В., Помозов Т.В., Соловьев К.В.)
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого,
Санкт-Петербург, Россия (Соловьев К.В.)
Контакты: Бердников Александр Сергеевич, asberd@yandex.ru

Рассмотрены условия масс-селективного выброса ионов на границе острова стабильности, формируемого квадрупольным дополнительным напряжением с частотой ω = Ω / 2. В пределах острова найдены параметры β_x и β_y, определяющие спектр колебаний ионов по поперечным координатам X и Y квадрупольного фильтра масс. Представлен контур возбуждения вблизи границы стабильности q_b = 0.9082 с относительной шириной q_b  / Δq ≈ 3000.

 
Ключевые слова: квадрупольный фильтр масс, квадрупольное возбуждение, остров стабильности, линейная ионная ловушка, контур возбуждения

Рязанский государственный университет им. С.А. Есенина, г. Рязань
(Иванов А.И., Бугров П.В., Коненков Н.В.)
Рязанский государственный медицинский университет
им. акад. И.П. Павлова, г. Рязань (Иванов А.И.)
Контакты: Коненков Николай Витальевич, n.konenkov@rsu-rzn.ru

 
Материал поступил в редакцию 27.06.2025

В работе рассматриваются основы теоретических положений, необходимых для построения электроиндукционных датчиков напряженности электрического поля, чувствительные элементы которых представляют собой сферические оболочки в форме сферических сегментов, расположенных на поверхности виртуальной сферы. Актуальность таких разработок связана с обеспечением охраны труда и техники безопасности обслуживающего персонала высоковольтных энергетических установок. Теоретические положения основываются на решении парных интегральных уравнений численными методами. По результатам численных решений устанавливаются эмпирические выражения для электрических зарядов, напряжения холостого хода и емкости между чувствительными электродами в зависимости от угловых размеров сферических сегментов. Предлагается конструктивное решение датчика, в основе которого лежат два диаметрально противоположных проводящих чувствительных электрода в форме сферических сегментов, расположенных в среде с диэлектрической проницаемостью ε₁ на поверхности диэлектрической сферы с ε₂. Установлено, что наиболее приемлемым выходным сигналом такого датчика является напряжение холостого хода. Полученные результаты работы позволяют проводить оценочный расчет подобных датчиков напряженности электрического поля.

 
Ключевые слова: электрическое поле, однородное поле, напряженность поля, сферический датчик, сферические оболочки, сферический сегмент, разомкнутая система электродов, измерительная цепь

Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
Контакты: Бирюков Сергей Владимирович, sbiryukov154@mail.ru

 
Материал поступил в редакцию 08.07.2025

В работе представлены результаты моделирования формирования ионного пакета при атмосферном давлении c помощью бессеточного двухэлектродного ионного затвора, который отличается простотой изготовления и легко может быть использован в ион-дрейфовом спектрометре. Показано, что наиболее эффективно бессеточный двухэлектродный ионный затвор может быть использован в режиме двойного последовательного разделения ионов, когда установка второго затвора в камере дрейфа при правильно подобранном времени открытия его относительно первого затвора улучшает разделение частично налагающихся пиков в спектре.

 
Ключевые слова: ионный затвор, подвижность ионов, разрешение ион-дрейфового спектрометра

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург
Контакты: Курнин Игорь Васильевич, igor.kurnin@gmail.com

 
Материал поступил в редакцию 18.06.2025

Проведено количественное сравнение возможностей полиноминальной и аналитической аппроксимаций слабых поляризационно-оптических откликов разбавленных магнитных наножидкостей (НЖ). В качестве критериев сравнения различных методов аппроксимации использованы оценки коэффициентов детерминации. Количественно показано, что для всех исследованных значений магнитного поля зависимости величин слабых поляризационно-оптических откликов магнитных НЖ от концентрации обладают подобием в диапазоне концентраций, составляющем более трех порядков. Рассмотрены возможности использования коэффициентов аппроксимации для оценки параметров исследуемых НЖ. Методы аппроксимации экспериментальных данных поляризационно-оптических откликов НЖ, рассмотренные в работе, равноправны, так как коэффициенты детерминации для этих методов близки друг к другу. Преимущество метода аппроксимации с помощью аналитической функции заключается в том, что один из коэффициентов аппроксимации напрямую связан с концентрацией анализируемой НЖ и для оценки концентрации не нужно использовать калибровочные кривые и проводить интерполяцию, как это необходимо делать при аппроксимации с помощью полиномов. Аналитическая аппроксимация откликов исследованных НЖ с помощью зависимостей, использующих гиперболические функции, более чувствительна к наличию выбросов в экспериментальных данных, чем метод аппроксимации на основе полиномов. Метод оценки концентраций с помощью калибровочных кривых может быть успешно использован даже при наличии заметных выбросов в экспериментальных данных, если применять полиномиальную модель откликов.

 
Ключевые слова: количественный поляризационно-оптический анализ, магнитные наножидкости, аппроксимация экспериментальных данных

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург
Контакты: Манойлов Владимир Владимирович, manoilov_vv@mail.ru

 
Материал поступил в редакцию 20.06.2025

Рассмотрены преимущества использования III-N гетероструктур GaN на кремниевом типе подложек. Представлена общая конструкция, способы оптимизации процесса осаждения и ключевые характеристики разработанной установки газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений (МОС-гидридной эпитаксии) для реализации базовых технологических процессов на подложках кремния диаметром до 200 мм для производства транзисторных гетероструктур. Показаны результаты реализованных базовых технологических процессов.

 
Ключевые слова: установка МОС-гидридной эпитаксии, транзисторная гетероструктура, нитрид галлия на кремнии, моделирование, базовый технологический процесс

АО "Научно-исследовательский институт точного машиностроения", Москва, Зеленоград
(Бирюков М.Г., Афонин П.Е., Щуренкова С.А., Пугачев Д.Ю.)
Научно-технологический центр микроэлектроники и субмикронных гетероструктур РАН, Санкт-Петербург (Цацульников А.Ф., Сахаров А.В., Заварин Е.Е.)
ООО "МОНОЛЮМ", Санкт-Петербург (Заварин Е.Е., Лундин В.В.)
ООО "СОФТ-ИМПАКТ", Санкт-Петербург (Базаревский Д.С.)
Контакты: Пугачев Дмитрий Юрьевич, dpugachev@niitm.ru

 
Материал поступил в редакцию 06.06.2025

Проблема энергосбережения в оптических электротехнологиях актуальна для современных фитооблучателей на основе светодиодов, которые на настоящий момент уверенно заняли свою нишу в светокультуре. Такие фитооблучатели имеют ряд особенностей, требующих учета при их проектировании и анализе. Областью применения разработанного фитооблучателя являются прежде всего экспериментальные исследования по энергоэкологии светокультуры. Возможно также его использование в частном секторе и малых тепличных хозяйствах для облучения как рассады, так и длинностебельных растений. Задачей являлось создание простого устройства, обеспечивающего возможность достаточно точного для практики регулирования спектра излучения и автоматического включения в зависимости от времени суток и уровня естественной освещенности. В устройстве фитооблучателя применен новый компоновочный принцип: равномерно распределенные по теплоотводящей поверхности разноспектральные светодиоды объединены в отдельные электрические группы, коммутируемые в целях получения необходимого спектрального состава потока излучения. Методика получения экспериментальных данных предусматривает измерение спектральных, фотометрических, электрических и тепловых характеристик прибора. Результаты подтвердили эффективность разработанного фитооблучателя, сочетающего точность регулирования спектра с энергоэффективностью.

 
Ключевые слова: светокультура, энергосбережение, фитооблучатель, светодиод, энергоемкость

Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) — филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Российская Федерация
(Ракутько Е.Н., Ракутько С.А.)
Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Санкт-Петербург, Российская Федерация (Медведев Г.В., Гулин С.В.)
Контакты: Ракутько Сергей Анатольевич, sergej1964@yandex.ru

 
Материал поступил в редакцию 12.05.2025

В настоящее время микрофлюидные устройства "орган-на-чипе" рассматриваются в качестве альтернативы для тестирования лекарственных препаратов в ходе проведения доклинических исследований. В них можно моделировать строение и функции отдельных органов и систем органов человека, таких как легкие, печень, почки, кишечник и др., и тестировать на них разнообразные вещества. Одним из ключевых элементов устройств "орган-на-чипе" является гибкая пористая мембрана, использование которой для роста клеток позволяет изучать отклик клеток на механические и химические сигналы. В настоящей работе был разработан метод изготовления микрофлюидных устройств "орган-на-чипе" с гибкой подвешенной пористой мембраной из полидиметилсилоксана с добавлением многостенных углеродных нанотрубок, повышающих механическую прочность мембраны и не влияющих на ее оптические свойства. Использование углеродных нанотрубок позволило увеличить площадь изготавливаемых мембран и снизить вероятность их разрыва в процессе изготовления. Для роста клеток в изготовленных устройствах "орган-на-чипе" использовалась пассивная смена питательной среды, основанная на периодическом изменении угла наклона устройства, расположенного на качающейся платформе. Такой подход позволил культивировать клетки модельных клеточных линий в течение более 7 дней с жизнеспособностью более 95%. Полученные результаты свидетельствуют о хорошей биосовместимости используемого композита и его применимости для изготовления гибких пористых мембран в устройствах "орган-на-чипе".

 
Ключевые слова: микрофлюидика, микрофлюидное устройство, микрофлюидный чип, орган-на-чипе, тканевая инженерия, тестирование лекарств, полидиметилсилоксан, пористая мембрана

СПбАУ РАН им. Ж.И. Алфёрова, Санкт-Петербург
(Алтынбаев Л.А., Плешаков П.С., Филатов Н.А., Букатин А.С.)
Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург (Букатин А.С.)
Контакты: Букатин Антон Сергеевич, antbuk.fiztek@gmail.com

 
Материал поступил в редакцию 12.05.2025

В настоящее время технологии капельной микрофлюидики активно исследуются и внедряются для решения разнообразных биологических задач: скрининга новых лекарств, молекулярной диагностики, химического синтеза и др. Однако большинство предложенных устройств подходит только для лабораторного применения из-за проблем с надежностью и воспроизводимостью результатов. Одной из ключевых проблем, возникающих при использовании микрофлюидных чипов, является забивание и блокирование микроканалов загрязняющими частицами. В литературе предложены различные конструкции фильтрующих элементов, размещающихся вблизи входных интерфейсов микрофлюидного чипа. Однако многие из них не подходят для работ с микрокаплями водных эмульсий, поскольку структура фильтра может приводить к нарушениям исходной эмульсии (разделению или объединению капель). В данной работе мы изучили 17 конструкций фильтров, интегрированных в микрофлюидные чипы, задерживающих микрочастицы пыли и пропускающих микрокапли эмульсии "вода-в-масле" через себя. В ходе исследования была определена эффективность фильтрации микрочастиц из модельного раствора пыли в воде и фторуглеродном масле. Общий диапазон эффективности фильтрации микрочастиц пыли находился в пределах 88—99% для всех исследованных конструкций фильтров. В наилучших 4 конструкциях, имеющих эффективность фильтрации свыше 98%, было проведено исследование транспорта микрокапель эмульсии "вода-в-масле". По результатам исследования была определена оптимальная конструкция фильтрующего элемента, задерживающего микрочастицы пыли с эффективностью 99% и увеличивающего коэффициент вариации диаметра микрокапель монодисперсной эмульсии "вода-в-масле" не более чем в 2 раза, с 6 до 12%.

 
Ключевые слова: микрофлюидный чип, чипы ПДМС/стекло, фильтры, слияние капель, разделение капель

Санкт-Петербургский национальный исследовательский академический
университет им. Ж.И. Алферова РАН, Санкт-Петербур
(Филатов Н.А., Панкратов Д.В., Тюшкевич А.А., Плешаков П.С., Букатин А.С.)
Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербур (Букатин А.С.)
Контакты: Филатов Никита Алексеевич, nikita.filatov@inbox.ru

 
Материал поступил в редакцию 12.05.2025

Показано, что в настоящее время сложные сигналы, построенные на основе псевдослучайных последовательностей (ПСП), находят активное применение в различных областях деятельности. Указано, что многие известные бинарные ПСП, например, коды Баркера, m-последовательности и пр., обладают различными недостатками, затрудняющими их использование на практике. Поэтому представляется разумным исследование путей усложнения структуры сигнала не за счет увеличения числа символов в его периоде, а за счет увеличения количества значений, которые может принимать числовая последовательность. Одним из самых очевидных и наименее затратных с вычислительной точки зрения подходов для усложнения структуры сигнала является использование троичных последовательностей (ТП). Отмечено, что, несмотря на наличие большого количества работ по указанной тематике, некоторые вопросы не раскрыты в полной мере, например скрытность и надежность таких сигналов при их использовании в системах передачи данных. Предложено для оценки скрытности и надежности сигналов, сформированных на основе ТП, использовать методы нелинейной динамики (BDS-статистику, показатель Хёрста, пик-фактор). На основе проведенных исследований подтверждено, что сигналы, сформированные на основе ТП, обнаруживаются с помощью методов нелинейной динамики, в частности с помощью BDS-статистики. При этом с помощью показателя Хёрста такие сигналы не обнаруживаются, т.к. они классифицируются как близкие к белому шуму. Отмечено, что все сигналы, сформированные на основе ТП, обладают хорошим (согласно рекомендациям) пик-фактором. Также указано, что большинство исследуемых сигналов, сформированных на основе ТП, являются близкими к сигналам, сформированным на основе классических бинарных ПСП. Исходя из этого, их можно рекомендовать к использованию в скрытных системах передачи данных – хотя такие сигналы и могут быть обнаружены, однако раскрытие их структуры будет представлять определенные трудности, т.к. они имеют признаки классических бинарных ПСП.

 
Ключевые слова: троичные последовательности, системы передачи данных, скрытность, надежность, нелинейная динамика

МГЛУ, Москва, Россия (Гавришев А.А.)
СКФУ, Ставрополь, Россия (Осипов Д.Л.)
Контакты: Гавришев Алексей Андреевич, alexxx.2008@inbox.ru

 
Материал поступил в редакцию 19.05.2025