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

Лаборатория перспективных исследований по миллиметровому и терагерцовому излучению (ЛПИМТИ)

Приглашенный ученый Тумм Манфред Германия
Номер договора
11.G34.31.0033
Период реализации проекта
2010-2012
Заведующий лабораторией

По данным на 30.01.2020

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
Научные результаты:

  • 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)
Фотоальбомы
Понедельник , 02.12.2019
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Функциональные квантовые материалы

Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"

Физика

Москва

Клингелер Рюдигер

Германия

2021-2023

Лаборатория спиновой физики двумерных материалов

Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук

Физика

Москва

Яковлев Дмитрий Робертович

Россия

2021-2023

Лаборатория магноники и радиофотоники им. Б.А. Калиникоса

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И.Ульянова (Ленина)

Физика

Санкт-Петербург

Костылев Михаил Павлович

Австралия, Россия

2021-2023