​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

  • 27/07/2015

    Томские источники сверхширокополосного излучения работают в Китае и Корее

    Институт сильноточной электроники СО РАН выпускает в Томске источники сверхширокополосного излучения, которые активно используются в Китае, Южной Корее, Чехии.Как пишет издание СО РАН «Наука в Сибири», сегодня источники сверхширокополосного излучения, сделанные в ИСЭ СО РАН, работают в Китае, Южной Корее, Чехии.
    1212
  • 18/12/2020

    Наука не может быть скучной

    ​В рамках XI Международной конференции «Химия нефти и газа» при поддержке Росмолодежи, выделившей грант, прошла первая Школа молодых ученых Science O’Clock. Ее участниками стали более 60 человек – молодых ученых, студентов и школьников из Томска, Новосибирска и Казани.
    597
  • 20/09/2018

    Элегаз и гелий подняли эффективность лазера на азоте

    ​Исследователи из Института сильноточной электроники Сибирского отделения РАН, Томского государственного университета, Томского политехнического университета и Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники разработали новую модель для изучения накачки азотной рабочей среды для лазеров с наносекундными импульсами.
    820
  • 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.
    385
  • 09/01/2020

    Ученые удвоят ресурс моторов из алюминия

    ​За счет новой технологии обработки сплавов срок эксплуатации легких алюминиевых двигателей увеличится и станет таким же, как у наиболее распространенных чугунных. Это приведет к улучшению динамики и экономичности массовых моделей автомобилей.
    625
  • 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.
    541
  • 01/03/2018

    Томские физики создали миниатюрные голубые струи и красные спрайты

    ​Сотрудники Института сильноточной электроники СО РАН описали открытое и воспроизведенное ими в лабораторных условиях явление апокампа — формирование голубых и красных струй плазмы, возникающих на изгибе канала импульсно-периодического электрического разряда в различных газах.
    1539
  • 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.
    586
  • 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.
    504
  • 22/10/2020

    Конкурс 2020 года на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемые молодыми учеными под руководством ведущего ученого – наставника

    ​​Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ), Образовательный Фонд «Талант и успех», Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования «Научно-технологический университет «Сириус» и Открытое акционерное общество «Российские железные дороги» объявляют о проведении совместного конкурса на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемые молодыми учеными под руководством ведущего ученого - наставника («Научное наставничество»).
    411