 |
Национальный научный центр Харьковский физико - технический институт |
ГлавнаяИсторияПубликацииКонференции |
|
Направления исследований ИПЭНМУВ 1995 году на базе отделений плазменной электроники (научный руководитель Файнберг Я.Б.) и ускорителей тяжелых заряженных частиц (научный руководитель Хижняк Н.А.) был сформирован Институт плазменной электроники и нових методов ускорения, который возглавил Егоров А.М.
Фундаментальные и прикладные аспекты плазменной электроники и новых методов ускорения заряженных частиц, разработка пучковых и пучково-плазменных технологий. Физика взаимодействия пучков заряженных частиц с плазмой. Разработка и создание сверхмощных импульсных, квазинепрерывных и непрерывных источников регулярного и нерегулярного электромагнитного излучения от СВЧ до светового диапазона длин волн. Исследование механизмов управления характеристиками излучения. Разработка плазменных методов ускорения заряженных частиц и создание сильноточных ускорителей электронов и ионов для использования в пучковом управляемом синтезе и прикладных народнохозяйственных задачах. Фундаментальные проблемы теории дифракции, интегральные уравнения электродинамики и взаимодействия электромагнитных волн с нестационарными средами. Изучение взаимодействия интенсивных потоков заряженных частиц, регулярного и стохастического электромагнитного и ионизирующего излучения с материальными средами и медикобиологическими объектами. Исследование физических свойств неравновесных плазмохимических реакторов, сепараторов и изотопов для экологически чистых технологий. Развитие физики ускорителей тяжелых заряженных частиц. Разработка линейного коллективного ускорителя непрерывного действия для электроядерного производства энергии и трансмутации радиоактивных отходов. Разработка ускорителей многозарядных ионов для физических целей и для нужд промышленности. Исследование процессов теплообмена и стимулированной десорбции в криовакуумных системах. Разработка криовакуумных систем, имитирующих условия космического пространства. Структура института
Основные результаты последних летПЛАЗМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА И НОВЫЕ МЕТОДЫ УСКОРЕНИЯРазработана теория нерелятивистской и релятивистской плазменной электроники - четко сформировавшегося раздела физики плазмы, связанного с фундаментальными свойствами плазмы, колебательными и волновыми процессами в ней, разнообразными неустойчивостями, стохастичностью и турбулентностью плазмы, важными приложениями. Предложены и исследованы новые типы замедляющих структур, сочетающих преимущества традиционных вакуумных и плазменных систем - структуры с плазменным заполнением пролетного канала (гибридные системы). Это позволило создать новый тип пучково-плазменных генераторов и усилителей как регулярных так и широкополосных стохастических колебаний непрерывного и квазинепрерывного режима от метрового до сантиметрового диапазона длин волн. Получена мощность стохастического излучения до десятков киловатт в непрерывном режиме и более 100 кВт в импульсном режиме с высоким электронным к.п.д. (до 50%). Теоретически и экспериментально изучено влияние плазменного заполнения на спектральные характеристики излучения. Исследованы механизмы управления параметрами излучения с помощью внешнего маломощного сигнала. Предложен и создан прибор релятивистской СВЧ-электроники - виртод, позволяющий в широких пределах производить управление параметрами мощного микроволнового излучения ультракороткой длительности импульса (УКДИ) с мощностью в импульсе 160-600 МВт в диапазоне рабочих частот 3-10 ГГц. На основе импульсных сильноточных релятивистских ускорителей электронов создан ряд сверхмощных генераторов СВЧ в широком диапазоне частот мощностью до 109 Вт (релятивистские карсинотроны, магнетроны, виркаторы, убитроны). Экспериментально подтверждена возможность возбуждения интенсивных волн в плазме и комбинированных плазменных волноводах сильноточными релятивистскими пучками электронов (получена мощность свыше 600 МВт). Экспериментально исследованы эффекты когерентного взаимодействия электронного пучка с плазмой в ЛБВ-генераторе с запаздывающей обратной связью, проявляющиеся в возбуждении кратковременных квазигармонических локально стационарных по частоте колебаний, чередование которых во времени обуславливает стохастичность колебательных процессов при развитии пучковой неустойчивости. Рассмотрено вынужденное когерентное рассеяние плазменных волн на релятивистском электронном пучке. На основе этого рассмотрения предложена и разработана схема лазера на свободных электронах с плазменным виглером (ондулятором), в качестве которого используются электромагнитные или электростатические волны, возбуждаемые в плазме. В отличие от обычно используемого виглера (пространственно-периодические поля), где возможность укорочения длины волны ограничена техническими трудностями уменьшения периода структуры, при использовании в качестве виглера плазменных волн укорочение длины волны легко достигается изменением параметров плазмы. Проведены фундаментальные и экспериментальные исследования параметрического рентгеновского излучения релятивистских электронов в монокристаллах. Впервые предложен и реализован метод исследования количественных закономерностей между характеристиками элементарных эффектов спонтанного излучения движущихся зарядов и параметрами соответствующих количественных радиационных неустойчивостей интенсивных потоков указанных зарядов. С помощью этого метода идентифицированы механизмы ряда таких неустойчивостей. Разработаны аналитические критерии развития динамического хаоса при взаимодействии волна-частица и волна-волна. На основании этих критериев предложены новые механизмы возбуждения стохастических колебаний и прямого быстрого нагрева плазмы лазерными полями. Предложен и создан линейный плазменный индукционный ускоритель электронов и ионов для исследований по управляемому термоядерному синтезу на пучках тяжелых ионов и воздействия сильноточных ионных пучков на конденсированные среды. Параметры ускорителя: ток пучка электронов с энергией 1,5 МэВ - 10 кА, ток пучка ионов с энергией 600 кэВ - 4 кА, длительность импульса 0,5 мкс. 2,5-мерное численное моделирование, показало, что с помощью специально инжектированного электронного пучка достигается достаточная зарядовая компенсация сильноточного ионного пучка с сохранением его устойчивости. Разработаны сильноточные ускорители электронов и ионов с током пучка до 100 кА. Проведены исследования по коллективному ускорению ионов с помощью электронного пучка с энергией до 1 МэВ, током до 15 кА и длительностью импульса порядка 20 нс. Получен пучок ионов углерода с энергией 20-40 МэВ, током 10-20 А и длительностью импульса 10-20 нс. Определены времена и длины ускорения. Получен темп ускорения порядка 2,5-3,5 МВ/см. Проведено теоретическое обоснование и разработан рабочий проект двухпучкового электронно-ионного ускорителя, основанного на аномальном и нормальном эффектах Доплера, для ускорения интенсивных ионных пучков. Осуществляется его изготовление. Проведено численное моделирование возбуждения плазменной волны биениями электромагнитных волн для ускорения заряженных частиц. Найдены профили плазмы, необходимые для поддержания синхронизма ускоренных частиц с продольной волной и приемлемого распределения возбуждаемой плазменной волны. Проведены теоретические и экспериментальные исследования и 2,5-мерное численное моделирование возбуждения кильватерных полей в плазме одним и периодической последовательностью сгустков релятивистских электронов. Исследована нелинейная нестационарная эволюция сгустков в разреженной и плотной плазме и определены характеристики кильватерных полей, возбуждаемых в плазме. Проведены исследования эмиссионной способности твердотельных эмиттеров ионов щелочных металлов с лазерным подогревом. Получено увеличение тока эмиссии под облучением в 5-8 раз. Исследованы механизмы и показана высокая эффективность воздействия на плазму ионосферы Земли и космического пространства стохастического сигнала для модификации параметров плазмы с целью создания искусственных ионизованных образований, воспроизводства озона в верхней атмосфере, формирования волноведущих каналов для транспортировки энергии между КА и сверхдальней радиосвязи, мониторинга и исследования физики ионосферы. Проводится отработка ресурсосберегающих технологий изготовления трековых (ядерных) мембран на базе линейного ускорителя многозарядных ионов для ультра- и микрофильтрации газообразных и жидких веществ. Предложены и исследуются плазменные методы разделения изотопов различных химических элементов, разрабатываются магнитоплазменные методы такого разделения. Разработан уникальный комплекс испытательных стендов и экспериментально исследовано воздействие интенсивных полей СВЧ-излучения и электромагнитного импульса УКДИ на различные физические объекты - материалы, радиоэлектронную аппаратуру, медико-биологические среды и сельскохозяйственные культуры. Проведены экспериментальные исследования систем генерирования и приема сверхширокополосных сигналов УКДИ. Разработана аппаратура, предназначенная для использования в целях подпочвенного радиолокационного зондирования и экологического мониторинга труднодоступных объектов. Создана аппаратура для электровоздействия на нефтематериалы. Установлен эффект сильной зависимости проводимости от температуры в определенном интервале температур. При пробоях установлен "эффект гистерезиса" и длительная временная релаксация. Наблюден эффект сепарации. Для ТЯР и технологических установок, использующих криооткачку, разрабатывается технология быстрой регенерации крионасосов, как конденсационных так и криосорбционных с применением электромагнитного и корпускулярного воздействия. Проведены эксперименты по быстрой регенерации крионасосов без удаления хладагента и найдены характерные времена такой регенерации. Создана специальная система неоновой криооткачки для вакуумных технологий с большим тепломассовыделением. Разработаны и успешно эксплуатируются криовакуумные системы имитирующие условия космического пространства для испытания конкретных узлов ракетно-космической техники. Предложен и разработан новый тип экономичного низкотемпературного плазмохимического реактора для наработки различных типов химических соединений. Созданы и испытаны озонаторы, разработаны технологии экологической очистки различных сред и объектов, сохранения и консервации сельхозпродукции. ФИЗИКА И ТЕХНИКА УСКОРИТЕЛЕЙ ПРОТОНОВ И МНОГОЗАРЯДНЫХ ИОНОВЗавершена реконструкция линейного ускорителя многозарядных ионов ЛУМЗИ-10 и начаты фундаментальные ядерные и прикладные исследования. Разработаны предложения по реализации оптимальной схемы электроядерного экологически чистого производства энергии с использованием торий-уранового топливного цикла. Исследовано формирование поверхностных волн над периодическими структурами из магнитодиэлектриков, предложены и разрабатываются схемы лазерных электронных ускорителей в инфракрасном и оптическом диапазонах. Разработан новый метод решения дифракционных задач на основе интегральных уравнений макроскопической электродинамики. Аналитическими и численными методами исследованы задачи дифракции электромагнитных волн на линейной антенне и сфере в волноводах произвольного поперечного сечения, над проводящими и импедансными поверхностями, а также в клинообразной области. |
