​Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Института сильноточной электроники СО РАН исследуют характеристики излучения «убегающих» электронов, образующихся при термоядерном синтезе. Цель работы — изучить спектрально-угловые характеристики излучения электронов в различных радиаторах и разработать детектор для их надежной идентификации.
 
 
 
Фото: микротрон ТПУ.
 
Усилия многих ученых мира направлены сейчас на разработку новых источников энергии, основанных на слиянии ядер легких элементов, — так называемых термоядерных источников энергии. Для выработки энергии есть два подхода. В первом используется большая камера, в которой циркулирующим током нагревается плазма до температуры в сотни миллионов градусов (токамак). Происходит реакция слияния, и продукты этих реакций уносят энергию, которая потом перерабатывается в электричество. Другой подход — лазерная технология, которая позволяет получить термоядерную реакцию за счет синхронизации пучков нескольких десятков лазеров в одной точке, где помещается капсула, содержащая термоядерное «топливо».
 
«Все подходы основывались на известном теоретическом выводе, что продуктами термоядерной реакции являются нейтроны и альфа-частицы, которые взаимодействуют с передней стенкой реактора. Но выяснилось, что там присутствуют и электроны с очень большой энергией. Они могут нести дополнительную радиационную нагрузку на стенку, что приведет к ее преждевременному разрушению. Такие электроны, получившие название "убегающие", сейчас интенсивно исследуются», — говорит профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Александр Потылицын.
 
Основные исследования велись на модельных установках, которые генерируют электроны примерно той же энергии, как и на термоядерных установках. Цикл таких экспериментов провели специалисты Института сильноточной электроники на пучках электронов сильноточных ускорителей. Однако энергии этих установок недостаточно для полномасштабных исследований, поэтому эксперименты решили продолжить на ускорителях Томского политеха.
 
«Сейчас мы исследуем характеристики оптического излучения электронов на микротроне ТПУ, в котором электроны ускоряются до энергии от 3-6 МэВ. Это как раз интересующий нас энергетический диапазон, который не могут получить наши коллеги из других центров, например, в Италии или Китае. Они в основном делают уклон на сильноточные источники электронов, в которых энергия не превышает 1 МэВ. В 2019 году мы провели первые эксперименты с электронами при энергии в 6 МэВ», — поясняет Александр Потылицын.
 
Сейчас эксперименты проводятся с энергией 3 МэВ с использованием радиаторов из кварца, полиметилметакрилата и сапфира. По словам ученых, такие эксперименты еще не проводились.
 
 
 
В ходе исследования учеными впервые была продемонстрирована эффективная методика выделения черенковского излучения электронов от изотропного фонового излучения. В эксперименте выбиралась геометрия детектирования оптического излучения из кварцевого радиатора при изменении угла разворота радиатора относительно электронного пучка для различных углов наблюдения.
 
Ученые планируют продолжать эксперименты для получения информации об оптимальных характеристиках радиатора для регистрации черенковского излучения убегающих электронов для различных энергетических диапазонов до 6 МэВ. Они хотят определить коммерчески доступный материал радиатора, его радиационную стойкость, оптические характеристики, технологичность изготовления и многое другое.
 
«Конечная цель и стратегия — выработать рекомендации для создания работоспособных детекторов для планируемых и действующих термоядерных реакторов», — говорит политехник.
 
Над исследованием работают специалисты Томского политеха и Института сильноточной электроники. В следующем году ученые планируют подать заявку на грант РФФИ.
 
Результаты исследования представлены на конференции в Японии и опубликованы в журнале JETP Letters (Q1, IF: 1,494).

Похожие новости

  • 15/12/2020

    Масштаб мысли: какие технологии ТПУ перевернут водородную энергетику

    ​​​Ученые и представители национальных компаний в декабре соберутся на конференции "Водород. Технологии. Будущее". Ее проводит Томский политех (ТПУ) как один из "двигателей" водородной энергетики в России, комплексно исследующий ее с 2000-х годов.
    521
  • 10/11/2020

    Грантовые истории: молодые ученые рассказывают о своих научных проектах

    ​​​В нашем материале – о том, какими исследовательскими проектами занимаются молодые ученые и как им в этом помогают гранты. Поглотитель ультрафиолета Константин Липин из Чувашского государственного университета занимается разработкой способных поглощать ультрафиолет веществ – фотостабилизаторов.
    391
  • 29/12/2020

    Наталья Гусева: «2020 год потребовал самоотверженности и готовности к переменам»

    ​Директор Инженерной школы природных ресурсов ТПУ Наталья Гусева поделилась результатами, которых достиг коллектив школы в 2020 году, и рассказала о целях и задачах на будущий год.​   Уходящий год стал точкой отсчета новой реальности для всего мира, и, чтобы в нее «встроиться», нам пришлось многое пересмотреть и изменить в своей деятельности.
    274
  • 30/11/2016

    Ученые ТПУ и СО РАН создают модифицированные металлы для строительства космических аппаратов

    ​Ученые Томского политехнического университета и Института сильноточной электроники СО РАН разработали метод нанесения на металлы износостойких покрытий с их последующим вплавлением в подложку. Такие модифицированные материалы, благодаря сочетанию легкости, коррозийной стойкости и прочности, могут использоваться в машиностроении, авиа- и космостроении.
    2679
  • 29/12/2020

    Дмитрий Седнев: «Наша школа играет роль интегратора»

    ​Директор Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности ТПУ Дмитрий Седнев поделился результатами, которых достиг коллектив школы в 2020 году, и рассказал о целях и задачах на будущий год.
    873
  • 24/11/2020

    Метод радиофизиков повысит выявление рака груди на ранних стадиях

    Ученые радиофизического факультета ТГУ предложили новый подход для обнаружения малоразмерных раковых образований молочной железы при зондировании радиоволнами СВЧ-диапазона. Метод позволит повысить вероятность выявления опухолей на ранней стадии образования без использования ионизирующего рентгеновского излучения.
    325
  • 14/12/2020

    Томский НПЦ "Полюс" начнет выпуск антивирусных рециркуляторов воздуха

    ​Научно-производственный центр (НПЦ) "Полюс" в начале 2021 года планирует приступить к промышленному выпуску рециркуляторов воздуха на основе инновационной антивирусной лампы "Экран-50.1", разработанной в Институте сильноточной электроники СО РАН; рециркулятор позволяет очищать воздух от вирусов, бактерий и грибков на 99,9%, рассказал РИА Томск замгубернатора по промышленной политике Игорь Шатурный.
    462
  • 21/01/2019

    Разработка томских ученых спасет от износа детали машин и кардионасосы для пациентов

    ​Специалисты Томского политехнического университета (ТПУ) усовершенствовали метод плазмохимического осаждения нового класса алмазоподобных покрытий, эффективных при применении в разных отраслях промышленности и биомедицины, сообщили РИА Новости в пресс-службе ТПУ.
    1591
  • 13/10/2020

    Физики ТГУ улучшили сплавы с памятью формы для космоса и Арктики

    ​Сотрудники лаборатории физики высокопрочных кристаллов ТГУ первыми в мире получили структуру сплавов, обеспечивающую им особую способность к деформации и восстановлению исходной формы до 15 процентов.
    547
  • 24/12/2020

    Алексей Гоголев: «Мы сумели выполнить все обязательства и не снизить планку»

    И.о. руководителя Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ рассказал о достижениях коллектива школы в 2020 году, планах и задачах на следующий год.  2020 год в силу понятных причин стал для нас крайне непростым, но мы достойно выдержали удар, сумев выполнить все обязательства по грантам, программам, не допустить снижения основных индикаторов исследовательской деятельности.
    605