Введение к работе
Актуальность темы. Научное приборостроение представляет собой одну из самых трудных областей современного творчества физиков, технологов и проектировщиков сложной прецизионной аппаратуры. Многообразие используемых физических процессов, сложность и недостаточное развитие их теорий и соответствующих интерпретаций приводит к тому, что ряд технологических процессов и измерительных процедур имеет недостаточную прогностичнскую основу. Так, например, постоянно используемые схемы математического расчета процессов диффузии и теплообмена позволяют рассчитать эти явления в очень ограниченном круге краевых задач, а между'тем технология требует инженерно-физического подхода в достаточной мере точного и более гибкого по сравнению с существующей сложной теорией. Многие эффекты, связанные с распространением волн, могут быть описаны не только сложными уравнениями в частных производных, но в ряде случаев и с помощью классической физики с элементарными выражениями основных характеристик волновых процессов.
Слабым местом в научном приборостроении является большая сложность в оценке электронной структуры атома. Несмотря на глубинную проработку этого предмета современной квантовой теорией, практические расчеты сложных атомов остаются недоступными проектировщикам научной аппаратуры в области электронной спектроскопии и масс-спектроскопии. Нужны более простые теоретические модели атомов и способы расчета всех характеристик электронных оболочек, с помощью которых можно адекватно описывать реальное строение атомов. Особую трудность доставляет достоверное прогнозирование ионизационного потенциала сложных многоэлектронных атомов. Данная работа дает ясные и четкие ответы на все эти вопросы, и автор с полным основанием- считает ее актуальной для научного приборостроения.
Цель работы. Разработка физико-математических моделей расчета и проектирования прецизионных приборов в области аналитического приборостроения, основанная на квазиклассическом приближении к проблемам электронной спектроскопии и масс-спектроскопии, процессов теплообмена и диффузии, оптического преобразования потоков энергии и атомной физики.
Научная новизна. Предложен ряд новых подходов к расчету характеристик физических процессов диффузии и теплообмена, позволяющих прогнозировать их протекание в сложных условиях при помощи простого математического аппарата, достаточного для достоверной обработки экспериментальных данных. Применительно к акус-то-оптическим проблемам найдены новые теоретические закономерности распространения волн в неоднородных средах и выведены формулы для общих случаев отражения и преломления волн и эффекта Доплера. Указанные акустические явления вполне адекватно описываются простыми элементарными функциями. Развит оригинальный простой квазиклассический способ расчета характеристик сложных атомов, включая расчет значений ионизационных потенциалов. Этот метод необходим для дальнейшего развития методик электронной спектроскопии и масс-спекгроскопии.
Практическая ценность. На основе проведенных теоретических исследований значительно расширена область применения методов классической физики. Существенно упрощен математический аппарат для описания целого ряда физических явлений и процессов, а именно: нестационарной теплопроводности и неравновесной кристаллизации, процессов стационарной и нестационарной диффузии, эффекта Доплера при произвольном движении источника и приемника волн, закономерностей движения взаимодействующих тел. На основе предложенной модели расчета атома выведены формулы для расчета параметров орбит электронов многоэлектронных атомов, ионизационных потенциалов, спектра атома водорода, в том числе - в магнитном поле.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих семинарах и конференциях: ежегодные научно-технические конференции Братского индустриального института в период с 1970 по 1997 год; научно-техническая конференция в институте ВАМИ (г. С.-Петербург, 1977г.); ежегодные научные семинары кафедры "Металловедение" С.-Петербургского государственного технического университета в период с 1980 по 1984 г.; научный семинар отдела структурной химии ИНХ СО АН СССР (г. Новосибирск, 1988 г.); научный семинар отдела химии координационны? соединений ИНХ СО АН СССР (г. Новосибирск, 1988 г.); научный се-
минар кафедры "Приборы точной механики" Института точной механики и оптики (г.С.-Петербург, 1989г.); научный семинар Института физики СО АН СССР (г. Красноярск, 1989г.); научный семинар лаборатории радиационного теплообмена ИТФ СО АН СССР (г. Новосибирск, 1989г.); научный семинар в НПО "Радиевый институт им. В.Т.Хлопина" (г. С.-Петербург, 1990г.); 1-ая Школа-Семинар-Выставка "Лазеры и современное приборостроение" (г. С.-Петербург, 1991г.); Международная конференция "Ньютон и проблемы механики твердых и деформируемых тел" (г. С.-Петербург, 1993г.), 2-ая Школа-Выставка-Семинар "Лазеры и современное приборостроение" (г. С.-Петербург, 1993г.); 3-я Международная конференция "Пространство, время, тяготение" (г. С.-Петербург, 1994г.); 4-я Международная конференция "Пространство, время, тяготение" (г. С.-Петербург, 1996г.).
Основные вопросы, вынесенные на зашиту:
-
Инженерно-физическая методика расчета диффузии и нестационарной теплопроводности и применение ее к практическим задачам неравновесной кристаллизации и диффузии.
-
Развитие новых физических подходов и разработка элементарного математического аппарата для описания сложных процессов отражения и преломления волн, распространения волн в неоднородных средах, эффекта Допплера при движении источника и приемника волн в произвольном направлении.
-
Разработка модели электромагнитного взаимодействия движущихся микрообъектов в квазиклассическом приближении.
-
Разработка упрощенной методики расчета электронных оболочек сложных атомов с помощью комбинирования теории Бора-Зом-мерфельда и классической физики.
Состав диссертации.
Диссертация состоит из введения. 4 глав и заключения, вклю
чает страниц текста, 15 таблиц. 31 рисунок, 2 приложения и
72 ссылки.
Публикации.
Материалы диссертации опубликованы в монографии и 23 статьях.