ІНСТИТУТ ПЛАЗМОВОЇ ЕЛЕКТРОНІКИ І НОВИХ МЕТОДІВ ПРИСКОРЕННЯ

Напрямки досліджень ІПЕНМП

Структура институту

Головні результати останніх років

Директор інституту - чл.-корр. НАНУ д.ф.-м.н. І.М. Оніщенко Телефон: 38 (057) 335-66-11 e-mail: onish@kipt.kharkov.ua

У 1995 році на базі відділень плазмової електроніки (науковий керівник Файнберг Я.Б.) та прискорювачів важких заряджених частинок (науковий керівник Хижняк Н.А.) було створено Інститут плазмової електроніки та нових методів прискорення, який очолив Єгоров О.М.

Файнберг Я.Б.	Хижняк Н.А.	Єгоров О.М.

Фундаментальні й прикладні аспекти плазмової електроніки й нових методів прискорення заряджених часток, розробка пучкових і пучково-плазмових технологій. Фізика взаємодії пучків заряджених часток із плазмою.

Розробка й створення надпотужних імпульсних, квазибезперервних і безперервних джерел регулярного й нерегулярного електромагнітного випромінювання від НВЧ до світлового діапазону довжин хвиль. Дослідження механізмів управління характеристиками випромінювання.

Розробка плазмових методів прискорення заряджених часток і створення потужнострумових прискорювачів електронів і іонів для використання в пучковому керованому синтезі й прикладних народногосподарських задачах.

Фундаментальні проблеми теорії дифракції, інтегральні рівняння електродинаміки й взаємодії електромагнітних хвиль із нестаціонарними середовищами.

Вивчення взаємодії інтенсивних потоків заряджених часток, регулярного й стохастичного електромагнітного й іонізуючого випромінювання з матеріальними середовищами і медикобіологічними об'єктами.

Дослідження фізичних властивостей нерівноважних плазмохімічних реакторів, сепараторів і ізотопів для екологічно чистих технологій.

Розвиток фізики прискорювачів важких заряджених часток. Розробка лінійного колективного прискорювача безперервної дії для електроядерного виробництва енергії й трансмутації радіоактивних відходів. Розробка прискорювачів багатозарядних іонів для фізичних цілей і для потреб промисловості.

Дослідження процесів теплообміну й стимульованої десорбції в кріовакуумних системах. Розробка кріовакуумних систем, що імітують умови космічного простору.

• Керівництво
• Відділ інженерного та технічного забезпечення
• Відділ експериментальної плазмової електроніки та нових методів прискорення
• Відділ релятивістських сильнострумових технологій
• Відділ теоретичної плазмової електроніки та нових методів прискорення заряджених частинок
• Відділ низькотемпературної нерівноважної плазмохімії
• Відділ фізики пучків заряджених часток та прискорювачів іонів
• Відділ магнітоплазмових технологій та малогабаритних імпульсних прискорювачів

ПЛАЗМОВА ЕЛЕКТРОНІКА І НОВІ МЕТОДИ ПРИСКОРЕННЯ

Розроблена теорія нерелятивістської й релятивістської плазмової електроніки - чітко сформованого розділу фізики плазми, пов'язаного з фундаментальними властивостями плазми, коливальними й хвильовими процесами в ній, різноманітними нестійкостями, стохастичністю й турбулентністю плазми, важливими застосуваннями.

Запропоновані й досліджені нові типи сповільнюваних структур, що поєднують переваги традиційних вакуумних і плазмових систем - структури із плазмовим заповненням пролітного каналу (гібридні системи). Це дозволило створити новий тип пучково-плазмових генераторів і підсилювачів як регулярних так і широкосмугових стохастичних коливань безперервного і квазибезперервного режиму від метрового до сантиметрового діапазону довжин хвиль. Отримана потужність стохастичного випромінювання до десятків кіловатів у безперервному режимі й більш 100 кВт в імпульсному режимі з високим електронним ККД (до 50%).

Теоретично й експериментально вивчений вплив плазмового заповнення на спектральні характеристики випромінювання. Досліджені механізми керування параметрами випромінювання за допомогою зовнішнього малопотужного сигналу.

Запропонований і створений прилад релятивістської НВЧ-електроніки - віртод, що дозволяє в широких межах провадити управління параметрами потужного мікрохвильового випромінювання ультракороткої тривалості імпульсу (УКТІ) з потужністю в імпульсі 160-600 МВт у діапазоні робочих частот 3-10 ГГц.

На основі імпульсних потужнострумових релятивістських прискорювачів електронів створений ряд надпотужних генераторів НВЧ у широкому діапазоні частот потужністю до 10⁹ Вт (релятивістські карсинотрони, магнетрони, віркатори, убітрони).

Експериментально підтверджена можливість збудження інтенсивних хвиль у плазмі й комбінованих плазмових хвилеводах потужнострумовими релятивістськими пучками електронів (отримана потужність понад 600 МВт).

Експериментально досліджені ефекти когерентної взаємодії електронного пучка із плазмою в ЛБХ-генераторі із запізнілим зворотним зв'язком, що проявляються в порушенні короткочасних квазигармонічних локально стаціонарних по частоті коливань, чергування яких у часі обумовлює стохастичність коливальних процесів при розвитку пучкової нестійкості.

Розглянуте вимушене когерентне розсіювання плазмових хвиль на релятивістському електронному пучку. На основі цього розгляду запропонована й розроблена схема лазера на вільних електронах із плазмовим віглером (ондулятором), у якості якого використовуються електромагнітні або електростатичні хвилі, збуджувані в плазмі. На відміну від звичайно використовуваного віглера (просторово-періодичні поля), де можливість укорочення довжини хвилі обмежена технічними труднощами зменшення періоду структури, при використанні в якості віглера плазмових хвиль укорочення довжини хвилі легко досягається зміною параметрів плазми.

Проведені фундаментальні й експериментальні дослідження параметричного рентгенівського випромінювання релятивістських електронів у монокристалах.

Вперше запропонований і реалізований метод дослідження кількісних закономірностей між характеристиками елементарних ефектів спонтанного випромінювання рухомих зарядів і параметрами відповідних кількісних радіаційних нестійкостей інтенсивних потоків зазначених зарядів. За допомогою цього методу ідентифіковані механізми ряду таких нестійкостей.

Розроблені аналітичні критерії розвитку динамічного хаосу при взаємодії хвиля-частинка й хвиля-хвиля. На підставі цих критеріїв запропоновані нові механізми збудження стохастичних коливань і прямого швидкого нагріву плазми лазерними полями.

Запропонований і створений лінійний плазмовий індукційний прискорювач електронів і іонів для досліджень з керованого термоядерного синтезу на пучках важких іонів і впливу потужнострумових іонних пучків на конденсовані середовища. Параметри прискорювача: струм пучка електронів з енергією 1,5 МеВ - 10 кА, струм пучка іонів з енергією 600 кеВ - 4 кА, тривалість імпульсу 0,5 мкс. 2,5-мірне чисельне моделювання, показало, що за допомогою спеціально інжектованого електронного пучка досягається достатня зарядова компенсація потужнострумового іонного пучка зі збереженням його стійкості.

Розроблені потужнострумові прискорювачі електронів і іонів зі струмом пучка до 100 кА.

Проведені дослідження з колективного прискорення іонів за допомогою електронного пучка з енергією до 1 МеВ, струмом до 15 кА і тривалістю імпульсу порядку 20 нс. Отриманий пучок іонів вуглецю з енергією 20-40 МеВ, струмом 10-20 А и тривалістю імпульсу 10-20 нс. Визначені часи й довжини прискорення. Отриманий темп прискорення порядку 2,5-3,5 МВ/см.

Проведене теоретичне обґрунтування й розроблений робочий проект двохпучкового електронно-іонного прискорювача, заснованого на аномальному й нормальному ефектах Доплера, для прискорення інтенсивних іонних пучків. Здійснюється його виготовлення.

Проведене числове моделювання збудження плазмової хвилі биттями електромагнітних хвиль для прискорення заряджених часток. Знайдені профілі плазми, необхідні для підтримки синхронізму прискорених часток з поздовжньою хвилею і прийнятного розподілу збуджуваної плазмової хвилі.

Проведені теоретичні й експериментальні дослідження й 2,5-мірне чисельне моделювання збудження кільватерних полів у плазмі одним і періодичною послідовністю згустків релятивістських електронів. Досліджена нелінійна нестаціонарна еволюція згустків у розрідженій і щільній плазмі й визначені характеристики кільватерних полів, збуджуваних у плазмі.

Проведені дослідження емісійної здатності твердотільних емітерів іонів лужних металів з лазерним підігрівом. Отримане збільшення струму емісії під опроміненням в 5-8 разів.

Досліджені механізми й показана висока ефективність впливу на плазму іоносфери Землі й космічного простору стохастичного сигналу для модифікації параметрів плазми з метою створення штучних іонізованих утворень, відтворення озону у верхній атмосфері, формування хвилеведучих каналів для транспортування енергії між КА і наддалекого радіозв'язку, моніторингу й дослідження фізики іоносфери.

Проводиться відпрацьовування ресурсозберегаючих технологій виготовлення трекових (ядерних) мембран на базі лінійного прискорювача багатозарядних іонів для ультра- і мікрофільтрації газоподібних і рідких речовин.

Запропоновані й досліджуються плазмові методи поділу ізотопів різних хімічних елементів, розробляються магнітоплазмові методи такого поділу.

Розроблений унікальний комплекс іспитових стендів і експериментально досліджений вплив інтенсивних полів НВЧ-випромінювання й електромагнітного імпульсу УКТІ на різні фізичні об'єкти - матеріали, радіоелектронну апаратуру, медично-біологічні середовища й сільськогосподарські культури.

Проведені експериментальні дослідження систем генерування й приймання надширокополосних сигналів УКТІ. Розроблена апаратура, призначена для використання з метою підґрунтового радіолокаційного зондування й екологічного моніторингу важкодоступних об'єктів.

Створена апаратура для електровпливу на нафтоматеріали. Установлений ефект сильної залежності провідності від температури в певному інтервалі температур. При пробоях установлений "ефект гістерезису" і тривала часова релаксація. Спостережений ефект сепарації.

Для ТЯР і технологічних установок, що використовують кріовідкачуівання, розробляється технологія швидкої регенерації кріонасосів, як конденсаційних так і кріосорбційних із застосуванням електромагнітного і корпускулярного впливу. Проведені експерименти по швидкій регенерації криінасосів без видалення холодоагенту й знайдені характерні часи такої регенерації.

Створена спеціальна система неонового кріовідкачуівання для вакуумних технологій з великим тепломасовиділенням. Розроблені й успішно експлуатуються криівакуумні системи, що імітують умови космічного простору для випробування конкретних вузлів ракетно-космічної техніки.

Запропонований і розроблений новий тип економічного низькотемпературного плазмохімічного реактора для наробітку різних типів хімічних сполук. Створені й випробувані озонатори, розроблені технології екологічного очищення різних середовищ і об'єктів, збереження й консервації сільгосппродукції.

ФІЗИКА І ТЕХНІКА ПРИСКОРЮВАЧІВ ПРОТОНІВ І БАГАТОЗАРЯДНИХ ІОНІВ

Завершена реконструкція лінійного прискорювача багатозарядних іонів ЛУМЗІ-10 і розпочаті фундаментальні ядерні й прикладні дослідження.

Розроблені пропозиції по реалізації оптимальної схеми електроядерного екологічно чистого виробництва енергії з використанням торій-уранового паливного циклу.

Досліджене формування поверхневих хвиль над періодичними структурами з магнітодіелектриків, запропоновані й розробляються схеми лазерних електронних прискорювачів в інфрачервоному й оптичному діапазонах.

Розроблений новий метод розв'язання дифракційних задач на основі інтегральних рівнянь макроскопічної електродинаміки. Аналітичними й чисельними методами досліджені задачі дифракції електромагнітних хвиль на лінійній антені і сфері у хвилеводах довільного поперечного перерізу, над провідними й імпедансними поверхнями, а також у клиноподібній області.