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

Приглашенный ученый Фукс Жульен Соуля Франция
Номер договора
14.Z50.31.0007
Период реализации проекта
2014-2018

По данным на 30.01.2020

56
Количество специалистов
71
научных публикаций
3
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Сотрудники лаборатории занимаются лабораторной физикой, новым направлением науки на стыке астрофизики, лазерной физики и физики плазмы. Основная задача этого направления исследований состоит в том, чтобы с помощью лабораторных экспериментов тестировать физические модели, описывающие наблюдаемые космические явления, и решать проблемы современной астрофизики, нерешенные до настоящего времени в связи с нехваткой наблюдательных данных об изучаемых объектах.

Название проекта: Лабораторные и численные исследования плазменных явлений в экстремальных астрофизических объектах

Приоритет СНТР: б


Цели и задачи

Направление исследований: Физика

Цель проекта: Решение фундаментальных открытых проблем астрофизики путем проведения лабораторных экспериментов, использующих предельные возможности лазерных и микроволновых генераторов

Практическое значение исследования

Научные результаты:

  • Разработаны методы моделирования процессов образования молодых звезд в лабораторных условиях, что позволяет дополнить астрофизические наблюдения лабораторными измерениями и получить новые данные о физических процессах в молодых звездах.
  • Создан экспериментальный стенд для проведения экспериментов по воздействию на биообъекты высокоэнергичными лазерно-плазменными протонами. Продемонстрирована способность лазерно-плазменных протонов сообщать объекту исследования дозы до десяти Грэй за единственный выстрел.
  • Разработана методика облучения клеточной культуры HeLa Kyoto и измерения доли выживших клеток.
  • Предложен новый экспериментальный подход, позволяющий исследовать в лабораторных условиях взаимодействие сверхзвуковых (ионное число Маха до 2.7) плазменных потоков высокой плотности (концентрация до 1015 cm−3) с неоднородным магнитным полем.
  • Предложен механизм циклотронной неустойчивости, объясняющий основные свойства динамических спектров импульсов собственного электромагнитного излучения на стадии распада плазмы в ловушке гексапольного типа минимум-В. Наблюдаемая неустойчивость связана с возбуждением квазипродольной медленной необыкновенной волны в результате взаимодействия с горячими электронами, распределенными между зоной ЭЦР нагрева и центром ловушки.
  • Предложена модель бесстолкновительных релятивистских ударных волн, позволяющая самосогласованным образом описывать ускорение частиц, их излучение, а также генерацию и затухание магнитного поля. Область применимости модели включает гамма-всплески и активные ядра галактик.
  • Проведены экспериментальные и численные исследования процессов взаимодействия высокоскоростных потоков плотной плазмы с твердотельной мишенью во внешнем магнитном поле с целью моделирования физических процессов, развивающихся в основании аккреционных колонок при магнитосферной аккреции вещества на молодые звезды.
  • Исследованы механизмы формирования коллимированных плазменных потоков в условиях эрозионного капиллярного разряда. Показано, что поток плазмы из капилляра формирует узкую плазменную струю, состоящую из материала капилляра. Была исследована зависимость структуры плазменного потока (в частности, его длины и скорости разлета, а также неустойчивостей, развивающихся в плазменном потоке) от давления фонового газа. Исследована форма головной части плазменной струи в зависимости от давления окружающего газа. Полученные результаты могут дать существенную информацию о соотношении плотностей астрофизических джетов и межзвездной среды.
  • Исследованы механизмы формирования коллимированных плазменных структур вследствие самоканалирования излучения в самоподдерживающихся плазменных волноводах с пониженной плотностью плазмы. Показано, что возможен режим самоканалированного распространения ленгмюровских волн в подобных плазменных волноводах, что может служить основой для построения новых моделей астрофизических джетов.
  • Проведено лабораторное исследование процессов взаимодействия плотных плазменных потоков с поперечным внешним магнитным полем. Основные астрофизические задачи, связанные с подобным взаимодействием, – аккреция вещества на компактные звезды, обладающие собственным магнитным полем, и вспышечные процессы на Солнце и звездах. Основное внимание уделялось процессам, развивающимся в области, где давление магнитного поля порядка газодинамического давления плазменного потока. С помощью двух интерферометров получены мгновенные двумерные картины пространственного распределения плазмы на временах от 0 до 100 нс после начала формирования плазменного облака в двух плоскостях: перпендикулярно и параллельно направлению силовых линий магнитного поля. Показано, что в результате взаимодействия плазменного потока с внешним магнитным полем, направленным перпендикулярно направлению скорости разлета плазмы, формируется узкий плазменный слой, распространяющийся на значительные расстояния вглубь объема, занятого магнитным полем (тонкий плазменный слой проникает между силовыми линиями магнитного поля). Этот результат, подтвержденный также численным моделированием, ставит под сомнение общепринятую в астрофизике модель падения вещества с аккреционного диска на звезду вдоль линий магнитного поля (т. е. падения на магнитные полюса) и позволяет предложить альтернативную модель падения вещества на экватор.
  • Проведены работы по модернизации лазерно-плазменного стенда PEARL. Разработана, изготовлена, протестирована и пущена в строй новая схема стартовой части фемтосекундного пучка лазера PEARL. Разработана и изготовлена схема компенсации искажений волнового фронта фемтосекундного пучка, включая дополнительный вакуумный модуль. Изменена схема заведения наносекундного лазерного пучка в мишенную камеру стенда PEARL для предотвращения самовозбуждения лазера.
  • Проведены эксперименты по лазерно-плазменному ускорению протонов с использованием модернизированной фемтосекундной схемы лазера PEARL. Получены протонные пучки с характеристиками, подходящими для использования в протонографии. Проведены эксперименты по получению лазерной плазмы с помощью модернизированной схемы наносекундного пучка лазера PEARL и исследованию ее характеристик. Протонографически исследована генерация магнитных полей в ходе взаимодействия лазерного излучения с твердотельными мишенями. Исследованы режимы разлета лазерной плазмы, моделирующие различные аккрецирующие астрофизические объекты.

Внедрение результатов исследования:

Разработана оригинальная импульсная магнитная система с охлаждением жидким азотом с максимальной индукцией магнитного поля до 20Т. Система используется для проведения широкого спектра исследований в области лазерно-плазменного взаимодействия и лабораторной астрофизики.

Образование и переподготовка кадров:

  • Организованы стажировки для молодых ученых и студентов в международных организациях: Ecole Polytechnique (Франция), LLNL (США), GSI (Германия), CNRS (Франция).
  • Защиты: 1 докторская диссертация, 2 кандидатские диссертации.
  • Внедрен спецкурс для магистров и аспирантов по направлению подготовки 011800 «Радиофизика».
  • Внедрен спецкурс «Мощные лазерные системы».

Другие результаты:

  • Установление научных связей в области лабораторной астрофизики как между российскими институтами, так и на международном уровне.
  • Проведение тематической международной конференции LaB-2017.
  • Создание в Российской Федерации междисциплинарного лазерно-плазменного экспериментального комплекса PEARL петаваттного уровня мощности, позволяющего реализовывать уникальные экспериментальные параметры с использованием нескольких типов лазерного излучения и системой создания сильного внешнего магнитного поля.
Сотрудничество:

Политехническая школа (Франция), Ливерморская национальная лаборатория (США), Институт тяжелых ионов (Германия), Национальный центр научных исследований (Франция): совместные исследования, проведение совместных экспериментов по тематике проекта
Скрыть Показать полностью
Albertazzi B., Ciardi A., Nakatsutsumi M., Vinci T., et al.
Laboratory Formation of a Scaled Protostellar Jet by Coaligned Poloidal Magnetic Field. Science 346(6207): 325–328 (2014).
Soloviev A., Burdonov K., Chen S.N., Eremeev A., et al.
Experimental Evidence for Short-Pulse Laser Heating of Solid-Density Target to High Bulk Temperatures. Scientific Reports 7(1): 12144 (2017).
Revet G. et al.
Laboratory Unraveling of Matter Accretion in Young Stars. Science Advances 3(11): e1700982 (2017).
Курбатов Е. П., Бисикало Д.В., Стародубцев М.В., Фукс Ж. и др.
Сравнение безразмерных параметров в астрофизических приложениях МГД и лабораторном эксперименте // Астрономический журнал. 2018. Т. 95. № 8. С. 509–518.
Фотоальбомы
Вторник , 03.12.2019
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