Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Приглашенный ученый Тумм Манфред Германия
Номер договора
11.G34.31.0033
Период реализации проекта
2010-2012
Заведующий лабораторией
9
Количество специалистов
122
научных публикаций
5
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Название проекта: Исследование новых схем генерации электромагнитного излучения миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов высокомощными релятивистскими пучками электронов в вакуумных и плазменных приборах и применение мощных микроволн в целях исследований по термоядерному синтезу и воздействию на материалы

Приоритет СНТР: а, д


Цели и задачи

Направления исследований: Генерация, трансформация и применение электромагнитного излучения миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длины волны

Цель проекта: Исследование новых механизмов генерации в плазме мощных потоков терагерцового излучения и новых методов частотно-селективной регистрации миллиметрового и терагерцового излучения и визуализации плотности потока излучения в этом спектральном диапазоне, а также проведение исследований по различным направлениям использования СВЧ-волн и потоков миллиметрового излучения в рамках реализации физических процессов и химических превращений



Практическое значение исследования
  • Найден способ эффективной генерации электромагнитного излучения из плазмы в условиях коллективной релаксации пучка релятивистских электронов с током масштаба десяти килоампер. Получены мощные потоки излучения для области частот от 100 до 800 ГГц, установлены детали механизмов генерации потоков излучения. Получен поток субмиллиметрового излучения с рекордными параметрами: мегаваттная мощность при микросекундной длительности импульса.
  • Проведены теоретические и экспериментальные исследования по одновременной генерации и транспортировке двух ленточных пучков релятивистских электронов в вакуумных щелевых каналах при различных ведущих магнитных с ондуляторной компонентой. Экспериментально доказана возможность синфазности колебаний на частоте 75 ГГц в двух таких параллельных каналах, работающих по принципу мазера на свободных электронах с токами пучков в единицы килоампер. Это открывает возможность двухстадийной генерации терагерцового излучения с использованием ленточных пучков.
  • Созданы компьютерные программы и технологические решения для создания различных многослойных структур из микроструктурированных частотно-избирательных поверхностей, используемые для изготовления полосовых фильтров, поглотителей, поляризаторов и др. на область частот от 0.1 до 1.5 ТГц. Данные субволновые частотно-селективные поверхности применяются как дополнительные структуры в детекторах излучения, производимых на Новосибирском заводе полупроводниковых приборов.
  • Отработана система ЭЦР-нагрева в ходе эксперимента на установке ГДЛ, оптимизирован режим работы гиротрона, продемонстрирована надежная работа системы. Достигнута температура электронов около 1 кэВ, что открыло перспективу создания мощного источника термоядерных нейтронов для безопасного гибридного реактора и для уничтожения радиоактивных отходов от работающих ядерных реакторов.
  • Отработаны процедуры спекания с использованием мощного микроволнового излучения нано-композитных материалов (из перовскита и флюорита) со смешанной ионной электронной проводимостью. Такие материалы могут быть использованы как функционально структурированные катодные слои твердооксидных тонкопленочных топливных элементов.
  • Экспериментально и теоретически исследована генерация терагерцового излучения большой мощности при коллективном торможении в плазме пучка релятивистских электронов с килоамперным током. Получен поток терагерцового излучения, который характеризуется рекордными параметрами - мегаваттная мощность при микросекундной длительности.

Внедрение результатов исследования:

- Разработан новый метод получения миллиметрового и субмиллиметрового излучения, основанный на трансформации плазменных волн, накачиваемых килоамперными пучками релятивистских электронов. Это дает возможность генерировать потоки субмиллиметрового диапазона с мощностью до гигаваттного уровня при микросекундной длительности импульса, что недоступно другими методами.

- Результаты исследований по электронному циклотронному нагреву плазмы в аксиально-симметричной магнитной ловушке позволяют перейти к разработке гибридного ядерно-термоядерного реактора с использованием ториевого топлива.

- Разработана методика компьютерных расчетов и технология изготовления частотно-селективных структур для миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. Такой способ позволяет создавать принципиально новые компактные квазиоптические приборы и устройства для этих диапазонов.

- Создана система визуализации скрытых объектов за счет регистрации изображения миллиметрового излучения, отраженного от них. Этот метод представляет интерес для создания систем досмотра в целях обеспечения безопасности и систем контроля за технологическими процессами.

- Разработанные субволновые частотно-селективные структуры используются в качестве дополнительных компонентах в матричных детекторах излучения, производимых на Новосибирском заводе полупроводниковых приборов.

- Материалы, полученные микроволновым синтезом, применимы в качестве катода в топливных ячейках, а также ионопроводящих мембран, что представляет большой интерес для развития водородной энергетики.

Образование и переподготовка кадров:

В период реализации проекта в научных исследованиях Лаборатории ежегодно принимали непосредственное участие 17-18 аспирантов и более 30 студентов.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Лаборатория перспективных исследований по миллиметровому и терагерцовому излучению в 2018 году включена в состав Аналитико-технологического исследовательского центра физического факультета НГУ.

Другие результаты: Развернуто взаимодействие с исследовательскими и производственно-технологическими коллективами по разработке и изготовлению частотно-селективных приборов и устройств.

Сотрудничество: Институт ядерной физики Сибирского отделения РАН (Россия), Институт прикладной физики РАН (Россия), Институт импульсной мощности и микроволновой технологии в Карлсруэ Института технологий (Германия), Центр коллективного пользования приборами и оборудованием «Высокие технологии и аналитика наносистем НГУ» (Россия), Институт физики полупроводников Сибирского отделения РАН (Россия), АО «Новосибирский завод полупроводниковых приборов с ОКБ» (Россия), Национальный исследовательский университет ИТМО (Россия), Публичный университет Наварры (Испания), Бирмингемский университет (Великобритания): совместные научные исследования, опытно-конструкторские разработки и научные публикации


Скрыть Показать полностью
Arzhannikov A.V., Burdakov A.V., … and Thumm M.
Dynamics and Spectral Composition of Subterahertz Emission From Plasma Column Due to Two-Stream Instability of Strong Relativistic Electron Beam. IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology 6(2): 245–252 (2016).
. A.V. Arzhannikov, V.V. Annenkov, … and E.P. Volchok
High power THz-range Wave generation based on Transformation of Plasma Waves Pumped by High-current Relativistic Electron Beam. EPJ Web of Conferences 195, 01002 (2018), TERA-2018. https://doi.org/10.1051/epjconf/201819501002
Arzhannikov A. V., Ginzburg N. S., … Thumm M., ZaslavskyV.Yu.
Using Two-Dimensional Distributed Feedback for Synchronization of Radiation from Two Parallel-Sheet Electron Beams in a Free-Electron Maser. Physical Review Letters, 117(11): 114801 (2016)
Аржанников А.В., Калинин П.В., Сандалов Е.С., Синицкий С.Л.
«Частотно-селективные свойства планарной электродинамической системы для двухстадийной генерации терагерцового излучения» Сибирский физический журнал. - 2018. - Т. 13, № 1. - С.. 13-24. DOI 10.25205/2541-9447-2018-13-1-13-24
. Bagryansky P.A., Shalashov A.G., Gospodchikov E.D. et al.
Threefold Increase of the Bulk Electron Temperature of Plasma Discharges in a Magnetic Mirror Device. Physical Review Letters114(20): 205001 (2015)
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Современная гидродинамика

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау Российской академии наук

Физика

Черноголовка

Фалькович Григорий Евсеевич

Израиль, Россия

2019-2021

Лаборатория химической физики f-элементов

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова"

Физика

Москва

Квашнина Кристина Олеговна

Франция, Россия

2019-2021

Лаборатория анализа данных физики высоких энергий

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет»

Физика

Томск

Цыбышев Дмитрий Евгеньевич

Россия

2018-2020