УДАРНАЯ ИОНИЗАЦИЯ, обрмоиние ПОЛОЖИТ. ИОНОВ и свободных электронов из атомов или молекул при их столкновениях с др. частицами (электронами, атомами, ионвми). Вероятность У. и., характеризуемая эффективным поперечным сечением ионизации, зависит от родв ионизуемых и бомбардирующих ч-ц и от кинетич. энергии последних Еи: до нек-рого минимального (порогового) значения Ен эта вероятность равнв нулю, при увеличении Ем выше порогового она вивчале быстро во эр встает, достигает максимуме, в затем быстро убывает (рис.). Энергия, к-рую необходимо сообщить втому (молекуле) для её иоии-эвции, наэ. энергией ионизации (см. Потенциал ионизации). Если энергия, передаваемая ионизуемым ч-цам н столкновениях, достаточно велика, возможно образование из них наряду с однозарядными и много зарядных ионов (миогокрвтиая ионизация). В определённых условиях ч-ца может ионизоваться и при столкновениях, в к-рых ей передаётся только часть энергии, необходимой для ионизации: сначала атомы (молекулы) в первичных соударениях переводятся в возбуждённое состояние, после чего для их У. и. достаточно сообщить недостающую энергию (равную разности энергии ионизации и энергии возбуждения). Подобная У. и. наэ. ступенчатой. Она возможна, если столкновения происходят столь часто, что ч-ца в промежутке между двумя соударениями не успевает потерять энергию, полученную в первом из них (в достаточно плотных газах, высокоинтенсивных потоках бомбардирующих ч-ц), а также в тех случаях, когда ч-ца обладает метастабиль-ными состояниями, т. е. способна относительно долго сохранять энергию возбуждения.
Процессы, связанные с У. и., игрвют важную роль в работе газоразрядных, плазменных и мн. др. приборов и устр-в, е также приборов, в к-рых используются ионные пучки. Особый интерес представляет У. и. в твёрдым полупроводниках и диэлектриках, помещённых в сильное электрич. поле. В твком поле эл-ны в зоне проводимости могут приобрести кинетич. энергии, ббльшие, чем ширина запрещённой зоны, и «выбивать» эл-ны из валентной зоны. При нек-рой критич. напряжённости поля У. и. приводит к резкому увеличению плотности токв, т. е. к электрич. пробою.
УСКОРИТЕЛИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, установки для получения заряженных частиц (электронов, протонов, атомных ядер, ионов и др.) больших энергий посредством их ускорения в электрич. поле. Заряженные ч-цы в ускорителях движутся в вакуумной камере (исключающей их рассеяния в газе) либо практически по прямой линии (такие У. з. ч. наз. линейными), либо по траектории, близкой к окружности или спирали (циклические У. э. ч.). Поле для ускорения заряженных ч-ц создаётся либо радио-технич. устр-вами (генераторами), либо при помощи др. заряженных ч-ц (электронных пучков, электронных колец, плазменных волн). По характеру ускоряющего поля различают нереэонансные (индукционные и высоковольтные) и резонансные У. з. ч.
Наиболее просты высоковольтные нереэонансные У. э. ч., в к-рых ч-цы получают энергию в результате непосредств. ускорения их в постоянном электрич. поле ускоряющего промежутка — промежутка между двумя электродами с высокой разностью потенциалов; такие установки позволяют получать ч-цы с энергией — 1 МэВ. Значительно большую энергию приобретают ч-цы в резонансных ускорителях, в к-рых непрерывное ускорение ч-ц обеспечивается многократным прохождением ими ускоряющего промежутка в те моменты времени, когда ускоряющее ВЧ электрич. поле оказывается направленным в сторону движения ч-ц. Т. о., заряженные ч-цы приобретают большую энергию даже при сравнительно невысоком ускоряющем напряжении. Благодаря этой особенности резонансные У. з. ч. получили преим. распространение. Совр. линейные резонансные ускорители способны разгонять эл-ны до энергий 2—22 ГэВ, протоны — до 600—800 МэВ, ионы — до 10—14 МэВ. Ч-цы больших энергий получают на циклич. ускорителях, к к-рым относятся ускорители эл-нов—бетатрон, микротрг * синхротрон и ускорители протонов и др. тяжёлых ч-ц — циклотрон, фазотрон, синхрофазотрон. Все циклич. ускорители, за исключением бетатрона, резонансные.
Бетатрон — единств, циклич. У. э. ч. нереэонансиого типа; заряженные ч-цы движутся в нём по кольцевой орбите и ускоряются вихревым электрич. полем. Применяются для получения пучков эл-нов с энергией 100— 300 МэВ.
Микротрон (электронный циклотрон) представляет собой резонансный циклич. У. э. ч. непрерывного действия, в к-ром и управляющее магн. поле, и частота ускоряющего электрич. поля постоянны во времени. Микротрон позволяет получать эл-ны с энергией —30 МэВ. Часто микротрон используется в качестве источника эл-нов в синхротронах.
Синхротрон — циклич. резонансный У. э. ч., в к-ром управляющее магн. поле изменяется во времени, а частота ускоряющего электрич. поля остаётся постоянной; эл-ны движутся почти по круговой орбите. На синхротронах получают эл-ны с энергией 6—12 ГэВ.
Циклотрон представляет собой циклич. резонансный У. э. ч. с постоянным во времени управляющим магн. полем и пост, частотой ускоряющего электрич. поля; _ ч-цы в циклотроне движутся по плоской развёртывающей спирали. Работает в непрерывном режиме. Применяется для ускорения протонов и др. тяжёлых ч-ц до энергий 0.5—1,0 ГэВ.
Фазотрон (синхроциклотрон) — циклич. резонансный У. э. ч., в к-ром магн. поле постоянно во времени, а частота ускоряющего поля постепенно уменьшается; тяжёлые ч-цы движутся по спирали от центре вакуумной камеры, где располагается их источник, к периферии. Применяется для ускорения тяжёлых ч-ц до энергий — 1 ГэВ.
Синхрофазотрон — циклич. резонансный У. э. ч.( к-ром управляющее маги, поле и частота ускоряющего электрич. поля изменяются одновременно. Применяется для ускорения тяжёлых ч-ц до энергий 10—3000 ГэВ. Синхрофазотрон для ускорения протонов наз. протонным синхротроном
У. з. ч. применяются при исследованиях в области физики элементарных ч-ц, ядерной физики и физики твёрдого тела, а также в др.. областях науки и техники (химии, биофизике, геофизике, медицине, энергетике, металлургии).
УСИЛИТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА, ламповый или транзисторный (в т. ч. в микроэлектронном исполнении) усилитель сколь угодно медленно меняющихся электрич. сигналов. У. п. т. обычно используют в приборах измерит, техники и автоматики (в сочетании с раэл датчиками, напр. фотоэлементом, термопарой), при измерении малых токов и зарядов (т. н. электрометрич. У. п. т.), а также в электронных аналоговых вычислит, устр-вах — в качестве операционных усилителей. Для У. п. т. характерны медленные изменения (дрейф) выходного напряжения или тока в отсутствие входного сигнала, к-рые обусловлены рядом неконтролируемых факторов: старением элементов усилителя, колебаниями темп-ры окружающей среды и напряжения электропитания и др. Поэтому при разработке и использовании У. п. т. проблеме уменьшения дрейфа уделяют особое внимание.
Различают У. п. т. прямого усиления и с преобразованием по частоте. Действие У. п. т. прямого усиления основано на непосредств. усилении пост, либо медленно меняющегося напряжения или тока за счёт энергии внеш. источника электропитания (рис. 1). Особенность У, п. т. прямого усиления — отсутствие в цепях связи между усилит, каскадами реактивных элементов (конденсаторов, трансформаторов). В таких У. п. т. проблема дрейфа решается непосредств, уменьшением его в каждом иэ каскадов усилителя, и прежде всего — во входном. Для этого используют дифференц. каскады (рис. 2), в к-рых уменьшение разностного дрейфа на выходе достигается тщательным симметрированием обоих плеч.
В У. п. т. с преобразованием по частоте (рис. 3) входной, медленно меняющийся сигнал преобразуется (моделируется) с помощью вспомогат. колебаний с амплитудой, пропорциональной амплитуде на входе усилителя, преобразованный сигнал усиливается беэдрейфо-вым (с реактивными элементами связи между каскадами) усилителем, а затем детектируется (де модулируете я) для выделения усиливаемого напряжения, повторяющего форму входного сигнала.
УМНОЖИТЕЛЬНЫЙ СВЧ ДИОД, по л у про во днико вый диод, используемый для умножения частоты СВЧ сигнала. Действие У. СВЧ д. основано иа зависимости полного электрич. сопротивления от величины внеш. сигнала. При воздействии на У. СВЧ д. гармонич. сигнала с частотой Ш| образуется спектр гармоник, кратных оси. частоте. С помощью фильтра (напр., LC цепочки) выделяют нужную гармонику и т. о. получают источник мощности Рп на частоте п<0|. Эффективность такого преобразования определяется характером нелинейности и потерями в диоде. Так, в У. СВЧ д. типа нелинейного омич. сопротивления (к к-рым относятся точечные диоды с прижимным контактом, обладающие нелинейной аолы-амперной характеристикой) кпд преобразования не превышает !/п2. Такие У. СВЧ д. редко используются в качестве умножителей частоты ввиду малых кпд и уровней допустимой мощности. Наиболее широкое распространение получили У. СВЧ д. типа нелинейной ёмкости (см. Варикап), для к-рых возможно преобразование мощности осн. частоты в мощность гармоники с кпд, близким к 1. К таким У, СВЧ д. относятся нек-рые плоскостные диоды (с определённым распределением легирующей примеси), Шоттки диоды и диоды со структурой металл — оксид — ПП (МОП-структурой). Умножение частоты в них может осуществляться в трёх раэл. режимах. В режиме номинального возбуждения р—п-переход находится в запертом состоянии в течение всего периода входного сигнала. Нелинейность обусловлена степенным характером зависимости барьерной ёмкости р—п-перехода С от приложенного напряжения (J: C(U)-~((fK—U) , где цн — контактная разность потенциалов, а показатель степени у определяется законом распределения примеси в плоскости р—п-перехода (у равен '/? Аля резкого р—п-перехода и /з Для плавного). Уровень преобразуемой мощности ограничен величиной пробивного напряжения У. СВЧ д. В режиме перевозбуждения р—п-переход открывается входным напряжением, приложенным к диоду в течение части периода. При этом благодаря появлению диффузионной ёмкости возрастает эффективный коэф. модуляции ёмкости и соответственно возрастает уровень преобразуемой мощности. Генерация гармоник в режиме резкого восстановления связана с резким спадом обратного тока при переключении диода из проводящего состояния в запертое. Такой вид переходной характеристики обусловлен тормозящим полем, создаваемым в базе У. СВЧ д. спец. распределением легирующей примеси, благодаря чему неосновные носители, инжектированные при положит, напряжении, локализуются вблизи р—п-перехода и почти полностью «вытягиваются» при изменении полярности внеш. сигнала. Режим номинального возбуждения используется практически во всём диапазоне СВЧ при небольших коэф. умножения (п—2—4). У. СВЧ д. с резким восстановлением применяются для эффективной генерации гармоник высокой кратности (вплоть до п = 100).
К осн. параметрам У. СВЧ д. относятся: пробивное напряжение, ёмкость перехода, предельная частота, мощность рассеяния, время жизни неосновных носителей, время выключения, показатель нелинейности у При изготовлении У. СВЧ д. с пробивными напряжениями 30—120 В (реже 200—350 В) для преобразования уровней мощности от единицы до сотен Вт в диапазоне частот 0,5—15 ГГц используется Si, на более высоких частотах — GaAs. У. СВЧ д. применяются для повышения стабильности частоты и мощности источников сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн и создания источников мощности в диапазоне частот, где генерация с помощью транзисторов, лавинно-пролётных диодов и диодов с междолиииым переходом электронов затруднена или невозможна.
УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, радиоэлектронное устройство, предназначенное для увеличения в целое число раз частоты подводимых к нему периодич. электрич. колебаний. Осн. параметр — коэф. умножения частоты т, определяемый как отношение flbn,/feB('ai и 'ых — частоты колебаний на входе и выходе У. ч. соответственно). Характерной особенностью У. ч. является постоянство m при изменении (в нек-рой конечной области) (ля, а также параметров У. ч. (напр., резонансных частот колебат. контуров или резонаторов, входящих в состав У. ч.), т. е. в У. ч. относит, нестабильность частоты колебаний при умножении остаётся неизменной. Это важное св-во У. ч. позволяет использовать их для повышения частоты стабильных колебаний (обычно получаемых от кварцевого задающего генератора) в раэл. радиопередающих, радиолокац., измерит, к др. установках; при этом m может достигать 10 и более.
Наиболее распространены У. ч., состоящие из нелинейного устр-ва (напр., транзистора, варикапа, катушки с фер-ритовым сердечником, электронной лампы) и одного или неск. электрич. фильтров. Нелинейное устр-во изменяет форму входных колебаний, вследствие чего в спектре колебаний на его выходе появляются составляющие с частотами, кратными fmx. Эти сложные колебания поступают на вход фильтра, к-рый выделяет составляющую с заданной частотой m (9Я, подавляя (не пропуская) остальные. Находят применение также У- ч., действие к-рых основано на синхронизации колебаний автогенератора. В таких устр-вах возбуждаются колебания с частотой fK asm ltK, к-рая становится в точности равной m (тж под действием поступающих на вход колебаний с частотой гвя. Недостаток этих У. ч. — сравнительно узкая полоса значений fBK, при к-рых возможна синхронизация.
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АППАРАТУРА, электронная медицинская аппаратура, предназначенная для диагностики, терапевтич. и хирургич. лечения с помощью ультразвука; применяется в раэл. областях клинич. медицины.
Диагностическая У. м. а. Действие приборов и устр-в, предназначенных для УЗ медицинской диагностики, основано на способности УЗ волн проникать в мягкие ткани оргвнизма человека и отражаться (полиостью или частично) от границ их неоднородноетей, незначительно различающихся по акустич. параметрам (напр., акустич. сопротивлению). Это обусловливает при работе на частотвх от 0,8 до 15 МГц более высокие чувствительность и разрешающую способность по сравнению с диагностической рентгеновской медицинской аппаратурой. В диагностич. У. м. а. интенсивность УЗ волн, как правило, не превышает 50 мВт/см2, что считается безопасным для организма человеке. В зависимости от способа получения и характера воспроизведения разделяют диагностич. приборы и устр-в а, работающие на основе эффекта Доплера, и эхографические. Диагностич. У. м. а., работающая на основе эффекта Доплера, позволяет регистрировать сдвиг частоты УЗ волны, отражённой от подвижного исследуемого объекта (напр., от стенки сосуда), относительно частоты излучаемой волны; различают: индикаторы, обеспечивающие качеств, оценку движения объекта (сердцебиений, кровотока), и измерители, к-рые позволяют измерять и регистрировать, напр., скорость кровотока или скорость и ускорение движения мышечно-клапанного аппарата сердца.
Эхографич. диагностич. У. м. а., работающую на основе явления акустич. эха, разделяют на три группы: одномерные приборы с индикацией типа А; одномерные приборы с индикацией типа М и двумерные приборы с индикацией типа В. Одномерные приборы с индикацией типа А обеспечивают получение информации о расположении отражаю-, щей структуры (напр., опухоли) вдоль фиксир. направления распространения УЗ пучка; применяются в неврологии и нейрохирургии (энцефалографы), офтальмологии (эхооф-тальмографы), а также в онкологии, акушерстве и др. областях медицины. Одномерные приборы с индикацией типа М позволяют регистрировать изменение во времени положения отражающих структур; широко применяются в кардиографии (эхокардиографы). Двумерные приборы с индикацией типа В обеспечивают получение изображения поперечного сечения исследуемой области тела в плоскости перемещения УЗ пучка (линейного, секторного или сканирования по сложной траектории); применяются в основном для визуализации внутр. органов в онкологии, акушерстве и гинекологии, урологии и др. областях медицины (эхотомографы).
Терапевтическая У. м. т. Действие приборов и устр-в, предназначенных для терапевтич. лечения, основано на раз л. эффектах, возникающих в биол. тканях при прохождении через них УЗ волн: механич. колебании ткани (микромассаже), поглощении УЗ энергии — локальном нагревании, а также раэл. физико-биол. превращениях. В терапевтич. У. м. а. используются УЗ волны с частотой от сотен кГц до неск. МГц, интенсивностью до 1 Вт/см. Основу терапевтич. У. м. а. составляют генератор мощностью до 20 Вт и пьеэоэлектрич. излучатели, в качестве к-рых используются пьеэокерамич. пластины площадью от 1 до 10 см*. Терапевтич. У. м. а. применяется для лечения радикулитов, невритов, воспалит, процессов, заболеваний суставов (напр., ревматизма, артрита) и др. Широко применяются УЗ ингаляторы индивидуального и коллективного пользования, в к-рых аэрозоли создаются УЗ распылением лекарств, в-в (производительность соответственно 1,5 cmj и 10 см* лекарств, в-в в минуту).
Хирургическая У. м. а. Действие приборов и устр-в, предназначенных для хирургич. лечения, основано либо на способности сфокусированного УЗ пучка производить локальное (в т. ч. глубинное) разрушение тканей организма человека, либо на возбуждении УЗ волн в хирургич. инструментах (т. н. УЗ хирургич. инструменты). В фокусирующей хирургич. У. м. а. используются УЗ волны с частотой от 0,5 до 5 МГц; интенсивность и продолжительность воздействия выбираются в зависимости от используемого для разрушения ткани фактора: до неск. сотен Вт/см" при воздействии до десятков с (при тепловом факторе); до неск. тыс. Вт/см при длительности облучения от единиц до десятков мс (при кавитац. эффекте). Фокусирующая хирургич У. м. а. применяется в нейрохирургии, онкологии, офтальмологии, отолврингологии.
УЗ хирургич. инструменты работают на частотах от 20 до 50 кГц с амплитудой колебаний рабочего инструмента (скальпеля, пилки, иглы и др.) 10—50 мкм. Применение таких хирургич. инструментов в клинич. и экс пери м. хирургии и травматологии позволяет: существенно снизить
требуемое усилие и, следовательно, травматизм операции; уменьшить болевые ощущения, а также обеспечивает обезболивающий эффект и возможность соединения сломанных или намеренно рассечённых в ходе операции костей с помощью полимериэующихся в-в (напр., циакрина).