Доклад президиума российской академии наук


ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РЕЛЯТИВИСТСКОЙ ИМПУЛЬСНОЙ СТАЦИОНАРНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ



бет33/48
Дата17.06.2016
өлшемі2.65 Mb.
#141833
түріРеферат
1   ...   29   30   31   32   33   34   35   36   ...   48

5. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РЕЛЯТИВИСТСКОЙ ИМПУЛЬСНОЙ СТАЦИОНАРНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ




5.1. Нано- и пикосекундная релятивистская электроника большой мощности

Проведены исследования быстропротекающих процессов в вакуумных и газовых разрядах, при электрическом взрыве проводников; продолжены работы по созданию петаваттного лазерного комплекса на основе усиления фемтосекундных импульсов в газовых средах, возбуждаемых наносекундным сильноточным электронным пучком; а также исследованы возможности повышения мощности излучения релятивистских источников микроволнового излучения и создания СВЧ-генераторов без применения магнитных систем.

Разработана экспериментальная методика и выполнен цикл исследований механизма и динамики формирования пучков убегающих электронов при пикосекундном пробое атмосферного электродного промежутка. Доказано, что на параметры пучка убегающих электронов влияют те же факторы, что определяют инициирование автоэлектронной эмиссии с катода, а момент их инжекции для нетренированного катода может совпадать по времени с началом эмиссии в вакуумных диодах.

Сформулировано предположение, что механизм формирования пикосе-кундного объемного разряда в атмосферном промежутке связан с опережающим прохождением пучка убегающих электронов. Методом рефлектометрии получена оценка «интегрального» сопротивления разряда в таком промежутке (единицы Ом), определяемого ионизационными процессами в газе после прохождения пучка электронов в режиме непрерывного ускорения.

Экспериментально продемонстрирована безынерционность несамостоятель-ного объемного газового разряда высокого давления, инициируемого и поддерживаемого сильноточным электронным пучком с пикосекундным фронтом. Установлено, что при напряжении в десятки киловольт коммутация электроразрядного промежутка происходит с точностью не хуже 25 пс относительно фронта электронного пучка, инжектируемого в газ. При этом время существования высокой проводимости разряда соответствует длительности управляющего пучка.

Таким образом, показана принципиальная возможность пикосекундной синхронизации многоканальных источников высоковольтных наносекундных импульсов. При повышении уровня напряжения коммутации на этой основе реально создание компактных импульсных генераторов радиочастотного излучения с когерентным суммированием мощности, которая в перспективе может достигать десятков гигаватт и более. (ФИАН, ИЭФ УрО РАН)

Создана и апробирована методика рентгеновского зондирования плазменных объектов излучением Х-пинча на основе разработанного в ИСЭ СО РАН малогабаритного импульсного генератора. Генератор имеет размеры 505040 см и состоит из 4-х конденсаторно-коммутаторных сборок емкостью 0.25 мкФ каждая. Зарядное напряжение составляет 45 кВ. Отличительной чертой импульсного источника рентгеновского излучения является то, что он имеет микронные размеры и длительность импульса рентгеновского излучения составляет 1÷2 нс. С помощью разработанного импульсного источника излучения проведены предварительные эксперименты по исследованию структуры плазмы взрывающихся проводников. При этом, для получения снимков использовался спектральный диапазон выше 600 эВ. На полученных снимках отчетливо различаются структуры с пространственным масштабом 7 мкм, что свидетель-ствует о высоком пространственном разрешении методики. (ФИАН, ИСЭ СО РАН)

Построена модель неустойчивой стадии вакуумного искрового разряда, описывающая все ее характерные проявления: всплески тока в диоде, рост потенциала на фронте факела, коллективное ускорение ионов в вакуумных и плазменных диодах, изменение механизма эрозии катода, а также появление электронных микропучков с высокой плотностью тока на аноде. Показано, что переход в неустойчивую стадию связан с возникновением заряженного слоя пространственно-неоднородной плазмы на фронте катодного факела из-за ограниченной эмиссионной способности плазмы при ее расширении в вакуум. (ИОФ РАН)

На двух высоковольтных импульсных установках «КРОТ» и «СИНУС-6» реализованы релятивистские лампы обратной волны (ЛОВ), генерирующие частотно-модулированные импульсы 3-см излучения мощностью 0.4-0.6 ГВт. На установке «КРОТ» релятивистская ЛОВ работает на нарастающем переднем фронте импульса напряжения. При этом, в течение 40-50 нс обеспечивается СВЧ генерация с частотой, увеличивающейся от 9.8 до 10.2 ГГц.

На установке «СИНУС-6» в результате оригинальной модификации магнито-изолированного диода специально сформирован импульс ускоряющего напряжения со «скошенной» (от 600 до 400 кВ) вершиной, что обеспечивает в течение 15 нс генерацию ЛОВ с частотой, уменьшающейся от 10.1 до 9.7 ГГц. Для обеих установок разработаны и испытаны винтовые волноводы-компрессоры, которые, согласно расчетам, должны обеспечить повышение пиковой мощности излучения до величины 3.54 ГВ. (ИПФ РАН)




5.2. Электромагнитные волны терагерцевого диапазона

Осуществлена в непрерывном режиме рекуперация электронного пучка на первом в мире ускорителе-рекуператоре с двумя дорожками и получен проектный средний ток около 10 мА. Это позволило произвести запуск второй очереди терегерцового лазера на свободных электронах. Получена генерация плавно перестраиваемого излучения в области 50 микрон. Начато освоение спектрального диапазона от 30 до 120 микрон дополнительно к имеющемуся терагерцовому лазеру на свободных электронах со средней мощностью 500 Вт в диапазоне от 120 до 240 микрон. (ИЯФ СО РАН)

Разработан экспресс-метод измерения размеров наночастиц на основе метода мягкой неразрушающей абляции. В методе используется терагерцовое излучение и диффузионный спектрометр аэрозолей. За несколько минут измерятся дисперсионный состав наночастиц различной природы в диапазоне от 2 до 200 нм. Терагерцовое излучение разрушает агрегаты наночастиц, что позволяет, в отличие от других современных методов, измерять истинные размеры наночастиц без дополнительного диспергирования и трудоемкой пробоподготовки. (ИХКГ СО РАН, ИЦГ СО РАН, ИЯФ СО РАН)


6. НЕЙТРИННАЯ ФИЗИКА

В конце декабря 2008 г. на Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН введена в строй новая подземная лаборатория, расположенная на рекордной глубине около 5 км ниже уровня моря внутри горы Андырчи на Северном Кавказе. Толща скальной породы, в миллиарды раз ослабляющая фон проникающего излучения космических лучей, и использованные при сооружении материалы с низким уровнем естественной радиоактивности: особый вид бетона на основе дунита, около 200 тонн чистого свинца, кадмий, борированный парафин, бескислородная медь и др., позволяют обеспечить уникальные условия сверхнизкого радиационного фона для фундаментальных и прикладных исследований в области ядерной физики, радиационной биологии и метрологии.

Единственным в мире телескопом, обеспечивающим измерение полного потока нейтрино, приходящих на Землю из недр Солнца, является подземный Галлий-германиевый нейтринный телескоп Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН. С его помощью за последние 18 лет были проведены измерения и осуществлены эксперименты с искусственными источниками нейтрино. В 2008 г. был закончен объединенный анализ этих материалов, который показал, что полученная величина потока нейтрино хорошо согласуется с предсказанием Стандартной солнечной модели, основанной на представлении о термоядерном механизме горения Солнца, с учетом новых свойств нейтрино - нейтринных осцилляций и их проявлений в веществе Солнца.

Закончен анализ экспериментальных данных о потоках солнечных нейтрино различных энергий, полученных на крупномасштабных установках в России и за рубежом. В результате окончательно установлено наличие нового свойства нейтринных осцилляций в веществе – процесса адиабатической конверсии одного типа нейтрино в другой в веществе Солнца, предсказанного учеными ИЯИ РАН (эффект Михеева – Смирнова – Волфенштейна). В мировой литературе этот эффект получил название MSW-эффект. (ИЯИ РАН)

В ходе международного космического эксперимента ПАМЕЛА с участием сотрудников МИФИ, ФИАН и ФТИ РАН впервые измерено с высокой точностью отношение потока антипротонов к потоку протонов в широкой области энергий
(1 – 100) ГэВ. Показано, что антипротоны в галактике образуются в результате ядерных взаимодействий космических лучей с межзвездным веществом. Кроме этого, также впервые с высокой точностью измерено отношение потока позитронов к суммарному потоку электронов и позитронов в области энергий
(1 – 100) ГэВ. Обнаружен рост этого отношения для частиц с энергией более
20 ГэВ. Возможно, что наблюдаемый эффект связан с аннигиляцией частиц «темной материи» в нашей галактике. (МИФИ, ФИАН)

Детально разработана теория происхождения космических лучей сверхвысоких энергий. Наряду с обрезанием спектра при сверхвысоких энергиях (эффект Грейзена-Зацепина-Кузьмина) она предсказала новые особенности спектров: провал, вызванный взаимодействием первичных протонов с фотонами микроволнового фонового излучения, избыток частиц в спектре ниже энергии обрезания из-за накопления провзаимодействовавших частиц и др.

Разработанный метод калибровки детекторов по найденным особенностям спектра позволил согласовать разрозненные данные всех существующих экспериментов. В настоящее время он является единственным надежным методом калибровки таких детекторов. Наличие предсказанных особенностей спектра было с высокой точностью подтверждено в прецизионных измерениях спектра на всех существующих в России и за рубежом установках по регистрации космических лучей сверхвысоких энергий. Это не только свидетельствует о протонном составе первичных космических лучей, но позволяет также количественно определить соответствующую величину.

Разработан новый алгоритм восстановления параметров ливней заряженных частиц, генерируемых нейтрино высоких энергий в рабочем объеме Байкальского глубоководного нейтринного телескопа ИЯИ РАН, что позволило примерно в три раза понизить полученное ранее ограничение на интенсивность природного диффузного потока нейтрино в диапазоне энергий от 20 ТэВ до 20 ПэВ. Наряду с близким результатом эксперимента АМАНДА на Южном полюсе, этот результат представляет собой наиболее сильное экспериментальное ограничение из полученных в мире к настоящему времени. Исследование природного диффузного потока нейтрино позволяет прояснить фундаментальные механизмы эволюции различных объектов Вселенной. (ИЯИ РАН)




Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   29   30   31   32   33   34   35   36   ...   48




©dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет