Вестник Пермского университета. Физика

Вольтамперные характеристики ионно-плазменной системы для обработки внутренней поверхности полых сердечно-сосудистых имплантатов

2026-04-15T07:38:33+00:00

Создание тромборезистентных искусственных эндопротезов сосудов является актуальной проблемой кардиологии. Для её решения было предложено модифицировать поверхность полимерных сосудистых шунтов и катетеров ионно-плазменным методом. Однако внутренняя поверхность шунтов и катетеров недоступна для обработки ионным пучком при планарной геометрии электрода. Для обработки внутренней поверхности таких полимерных трубок была создана специальная ионно-плазменная система, включающая полый трубчатый высоковольтный электрод, в который помещалась обрабатываемая трубка. Через трубку проходил поток газа азота, а на электрод подавались высоковольтные импульсы, вследствие чего возникал плазменный разряд в трубе. В результате внутренняя поверхность трубки бомбардировалась ионами технологического газа до появления карбонизированного слоя. В данной работе определяются вольтамперные характеристики созданной плазменной системы в зависимости от линейных размеров трубки, приложенного напряжения и объёмного расхода газа. Для низкотемпературной пространственной плазмы характерен закон Чайлда–Ленгмюра, согласно которому кривая зависимости тока от приложенного напряжения аппроксимируется степенной функцией. Однако в данном исследовании наблюдается экспоненциальный характер вольтамперных характеристик в зависимости от приложенного напряжения. Различие в экспериментальных и теоретических данных может быть объяснено дополнительным влиянием вторичной эмиссии электронов и распылением полимерного материала в трубке. Также экспоненциальных характер зависимости тока от приложенного напряжения можно объяснить теорией электрического разряда в полом катоде. Результаты данной работы позволят создать физическую теорию ионной обработки внутренней поверхности полых полимерных изделий, таких как сосудистые шунты и катетеры.

О распределении частиц при конвекции коллоидов в подогреваемых снизу узких вертикальных каналах

2026-02-05T08:17:48+00:00

Анализируется стационарное распределение частиц при конвекции коллоида с положительной термодиффузией в подогреваемых снизу вертикальных каналах. Перераспределение коллоидных частиц в сечении каналов, как в восходящих, так и в нисходящих потоках, происходит за счёт термодиффузии под влиянием гармонического профиля температуры, сгенерированного тепловой конвекцией. Вертикальные потоки частиц, возникающие за счёт термодиффузии под влиянием приложенного температурного градиента и гравитационного поля (седиментация) не приводят в бесконечных каналах к перераспределению частиц по вертикали и поэтому не влияют на конвекцию. Это связано с отсутствием в бесконечных каналах препятствий для частиц в виде верхней и нижней границы, где неоднородности концентрации могли бы начать свой рост.

Моделирование тепломассообменных процессов в горных выработках глубоких рудников в условиях частичной теплоизоляции стенок

2026-04-15T07:46:46+00:00

Исследовано влияние различных режимов теплоизоляции (полной, частичной и отсутствия изоляции) на тепломассообменные процессы в горных выработках глубоких рудников. В численном моделировании в ANSYS Fluent решалась стационарная задача сопряжённого тепломассообмена в турбулентном потоке воздуха и прилегающем породном массиве; турбулентность моделировалась с использованием SST k-ω. На внутренней границе задавалось условие теплообмена между воздухом и стенкой выработки; для учёта различных стадий эксплуатации рассматривались области породного массива различной толщины, имитирующие рост зоны теплового влияния. Получено, что частичная теплоизоляция без покрытия почвы снижает коэффициент теплоотдачи на 64% по сравнению с неизолированной выработкой, а разница между полной и частичной изоляцией со временем уменьшается до 14%. Показано также, что для достоверного определения эффективного коэффициента теплоотдачи требуется учитывать длину выработки порядка 500 м (≈100 поперечных размеров). Полученные данные полезны при проектировании мер по регулированию температурного режима выработок.

Динамика паровоздушной смеси в зазоре между каплей и твёрдой подложкой

2026-04-15T07:52:01+00:00

В работе представлены результаты численного моделирования движения воздуха и водяного пара из-под капли, находящейся в подвешенном состоянии над горячей твёрдой подложкой. Ранее подобная задача была решена в упрощенной постановке с помощью модифицированного уравнения для концентрации водяного пара с модельным учетом конвективного переноса среды. Сейчас для описания массопереноса используется полная система уравнений Навье–Стокса, которая замыкается при помощи уравнения состояния для двухкомпонентного идеального газа. Задача решается численно методом конечных разностей в осесимметричной постановке. Получены поля скорости паровоздушной смеси и концентрации пара, которые демонстрируют наличие избыточного давления под каплей за счёт интенсивного испарения вследствие нагрева от горячей подложки. Для экспериментальных значений материальных параметров показана возможность левитации капли над подложкой. Представляемые данные неплохо согласуются с результатами расчетов, которые были получены ранее в рамках более простого подхода.

Волны намагниченности и поперечная релаксация в цепочке классических магнитных моментов

2026-04-15T07:59:17+00:00

Представлены результаты численного моделирования динамики линейных цепочек классических магнитных моментов с дипольным взаимодействием, находящихся в постоянном внешнем магнитом поле, с различным числом частиц и начальными условиями, отвечающими различной степени неравновесности системы. Проанализированы структуры сигналов суммарной намагниченности и их Фурье-спектры, а также карты локальной намагниченности цепочек. Получено и качественно проанализировано уравнение динамики намагниченности в континуальном приближении. Найдено, что при малой величине начальной поперечной поляризации в системе возникают регулярные колебания с узким спектральным пиком. Картина локальной намагниченности показывает, что в цепочке устанавливается режим бегущих волн. Напротив, при высокой поперечной поляризации на начальном этапе эволюции системы происходит яркая спин-спиновая релаксация благодаря возникновению и накоплению разности фаз прецессии частиц в силу различия локального поля. Распространение возмущений по цепочке замедляется, и значения разности фаз колебаний между отдельными точками сохраняются в течение длительного времени. Таким образом, исключается возможность возврата системы к начальному состоянию, но и её термализации также не происходит.

О влиянии технологической маски на ионный пограничный слой в расплаве бензойной кислоты при создании канальных волноводов

2026-02-20T09:06:43+00:00

Работа посвящена теоретическому исследованию влияния технологической маски, закрывающей часть поверхности кристалла ниобата лития, на формируемый вблизи него ионный пограничный слой в расплаве бензойной кислоты. В ходе протонного обмена со стороны чистой поверхности кристалла в расплав поступают ионы лития и бензоат-ионы. Их диффузия, электромиграция и рекомбинация описываются при помощи уравнений переноса. Электрическое поле, генерируемое за счет разности концентраций ионов, определялось при помощи уравнения электростатики. Как показали расчеты, наличие маски частично ограничивает направление переноса ионов в расплаве. А именно, непроницаемая маска с относительно большой толщиной не дает ионам активно распространяться в продольном к кристаллу направлении. Значительная часть ионов рекомбинирует внутри выемки, формируемой стенками маски и поверхностью кристалла. Лишь незначительная часть ионов успевает покинуть данную область до своей рекомбинации. В этом случае распределения концентрации с хорошей степенью точности являются однородными вдоль поверхности пластины ниобата лития. Помимо этого, активное распространение ионов вглубь расплава предотвращает генерируемое вблизи кристалла электрическое поле. Уменьшение толщины маски приводит к тому, что часть ионов при движении от кристалла успевает выйти из области, ограниченной стенками маски. Из-за этого распределения концентрации принимают более сложную форму. В частности, по мере уменьшения размеров маски в распределении бензоат-ионов все сильнее проявляется разреженная область в центре выемки.

Математическая модель начального этапа формирования гидратного слоя на границе контакта воды и гидратообразующего газа

2026-02-05T08:05:58+00:00

Предложена концепция и построена соответствующее физико-математическая модель для описания начального этапа формирования гидратного слоя на границе контакта воды и гидратообразующего газа. Согласно представленной модели, этот этап (период индукции) сопровождается растворением газа в воде, а также формированием и ростом гидрата в объёмной зоне на примесных частицах вблизи границы контакта «газ-вода». Получено аналитическое решение для характерного времени (время индукции), в течение которого объёмное содержание гидратной фазы на границе контакта достигает единицы и тем самым формируются зародыши в виде плёнки, предшествующей появлению гидратного слоя на границе газ–вода. Получено, что время индукции обратно пропорционально статическому давлению, а от числа примесных частиц в единице объёма воды оно зависит по степенному закону с показателем –2/3. Установлено, что скорость роста метангидратного слоя на границе контакта вода-газ меньше, чем для гидрата углекислого газа и сероводорода.