Механизм пучково-плазменной антенны откроет путь к созданию сверхмощного источника терагерцового излучения

​​Специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) работают над теоретическим и численным исследованием механизма генерации электромагнитного (ЭМ) излучения пучково-плазменной антенной, то есть тонкой пучково-плазменной системой, размеры которой сравнимы с длиной излучаемых волн. Изучение вопросов, связанных с генерацией ЭМ излучения из плазмы под действием электронного пучка, относится к числу наиболее фундаментальных и актуальных задач физики плазмы. В будущем понимание этих механизмов поможет объяснить различные физические явления в космической плазме, например, радиовсплески на Солнце, а также поможет в создании мощного источника терагерцового излучения, обладающего огромным прикладным потенциалом. На данный момент специалисты разработали теорию пучково-плазменной антенны, провели численное моделирование плазменных процессов и предложили сценарий генерации ЭМ излучения в плазменном эксперименте. Промежуточные результаты были представлены на Конкурсе молодых ученых ИЯФ СО РАН 2020 г. Работы выполняются при поддержке гранта РФФИ (18-02-00232).​ 

​ 

(а) Схематическое изображение геометрии задачи, ​

(б) Результаты численного моделирования-компонента Е_х электрического поля излучения. Предоставлено Е. Волчок​​​ 

«Вопрос излучения из плазмы под действием электронного пучка не является принципиально новым – он активно изучается на протяжении уже более полувека, например, в контексте солнечных радиовсплесков II и III типов, в которых излучение рождается в процессе распространения потоков электронов по плазме солнечной короны, – рассказала аспирант ИЯФ СО РАН Евгения Волчок. – Для объяснения этого излучения было предложено множество теорий, однако большинство из них традиционно рассматривают безграничную плазму, что логично для таких космических масштабов. В лабораторных экспериментах условия другие – плазма узкая. Мы изучаем возможность эффективной генерации мощного электромагнитного излучения в тонкой пучково-плазменной системе, поперечные размеры которой сравнимы с длиной излучаемых волн. В такой плазме многие процессы идут иначе, а значит, просто применить уже существующие теории нельзя – нужно было разработать свою теорию». ​

«Работа, результаты которой были представлены на Конкурсе молодых ученых ИЯФ СО РАН, была посвящена развитию предложенного ранее механизма, – объяснила Евгения Волчок. – Мы заметили, что и в экспериментах, и в численных расчетах генерация ЭМ волн на плазменной и удвоенной плазменной частотах имеет сравнимую эффективность. Включая в рассмотрение процессы нелинейной конверсии неустойчивых пучковых колебаний на периодическом возмущении плотности плазмы, мы показали, что эти процессы действительно могут участвовать в генерации ЭМ излучения на удвоенной плазменной частоте посредством антенного механизма, а также определили угловые и энергетические характеристики этого излучения. Эти результаты были проверены численным моделированием методом частиц в ячейках. С помощью этого метода были исследованы границы применимости теоретической модели и установлены режимы, при которых излучение будет наиболее эффективным. Также мы показали, что мощность излучения может достигать нескольких процентов от мощности пучка». ​

«Область применимости этого механизма отнюдь не ограничена малыми поперечными размерами пучка и образуемой им плазмы, – добавил ведущий научный сотрудник Лаборатории 9-0 ИЯФ СО РАН, доктор физико-математических наук Игорь Тимофеев. – Этот механизм может включаться и в пространственно-протяженных системах, если развитие пучковой неустойчивости или нарастание модуляции плотности по разным причинам локализовано на масштабах порядка длины волны излучения. Этот механизм даже не требует наличия пучка в плазме. В частности, наши недавние исследования показали, что он должен играть заметную роль в экспериментах по лобовому столкновению лазерных кильватерных волн, которые сегодня проводятся совместно с Институтом лазерной физики СО РАН». ​

​«Выход на рекордную мощность и энергию ТГц излучения откроет дверь в новую физику, связанную с направленным воздействием такого излучения на различные неравновесные состояния материи – фотоиндуцированные фазовые переходы, сверхпроводимость, спиновые волны и т.д.», – пояснил специалист. 

Источники

Новосибирские ученые близки к созданию сверхмощного источника терагерцового излучения

Механизм пучково-плазменной антенны откроет путь к созданию сверхмощного источника терагерцового излучения

Механизм пучково-плазменной антенны откроет путь к созданию сверхмощного источника терагерцового излучения

Механизм пучково-плазменной антенны откроет путь к созданию сверхмощного источника терагерцового излучения

В Институте ядерной физики им. Будкера разрабатывают механизм пучково-плазменной антенны

Механизм пучково-плазменной антенны откроет путь к созданию сверхмощного источника терагерцового излучения

Новосибирские физики исследовали механизм генерации электромагнитных волн

Похожие новости

• 11/04/2019

  Открытие новосибирских физиков ускорит оптоволоконный интернет

  Передача данных с использованием сети интернет осуществляется по оптоволоконным каналам связи – нелинейным системам, в которых распространение электромагнитного сигнала (информации) описывается (в простейших моделях) нелинейным уравнением Шрёдингера.

  846
• 17/10/2019

  Новосибирские ученые разработают новые методы прогноза разрушения механизмов из-за трения

  Коллектив ученых из Новосибирского государственного технического университета (НГТУ), выигравших молодежный грант Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ), займется изучением эволюции структуры и свойств в поверхностных слоях рельсовых сталей в процессе трения с использованием синхротронного излучения (СИ).

  314
• 28/08/2019

  Сибирские ученые рассказали в Москве об опытах ИЯФа

  ​Сотрудники Института ядерной физики СО РАН выступили с докладами на одном из самых представительных научных форумов в Москве - 19-ой Международна Ломоносовской конференции по физике элементарных частиц.

  548
• 31/07/2019

  Российские физики создали и испытали прототип детектора для поисков Новой физики в рамках международного проекта в Японии

   Стандартная модель (СМ) – современная теория микромира – хорошо описывает взаимодействия элементарных частиц. Множество параметров в СМ, например, массы кварков, лептонов, калибровочных бозонов и др.

  489
• 27/04/2017

  «Фотоника и квантовые оптические технологии» на МНСК-2017

  «Фотоника и квантовые оптические технологии» — такая секция впервые была организована в рамках 55-ой Международной научной студенческой конференции, которая прошла 16-20 апреля в НГУ. Исследования и разработки в направлениях науки и техники, связанных с генерацией и распространением квантов света (фотонов), управлением ими, изучением и использованием их взаимодействия с веществом, бурно развиваются во всем мире, а результаты этих работ быстро выходят на рынок в виде высоковостребованных устройств и технологий - систем сверхбыстрой оптической связи, промышленных лазеров, биомедицинского лазерного оборудования, метрологических и сенсорных устройств, и многих других.

  3580
• 17/06/2017

  Семь тезисов академика Александра Сергеева

  ​Один из кандидатов на пост президента Российской Академии наук обсудил ключевые положения своей предвыборной программы с сибирскими учеными. "Никогда не думал, что я буду претендовать на такую позицию, - признался членам президиума СО РАН академик Александр Михайлович Сергеев.

  2669
• 25/02/2016

  Сибирские физики создали ловушку для света

  ​Ученые Института ядерной физики СО РАН создали фотонную ловушку, идея которой родилась из аналогии с открытыми плазменными ловушками и простейшим бильярдом, сообщает пресс-служба института. В термоядерном реакторе должно выделяться энергии больше, чем затрачивается на нагрев плазмы.

  3154
• 14/07/2020

  Сибирские ученые разрабатывают антираковые препараты нового поколения на основе альбумина

  ​Ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН в сотрудничестве с коллегами из ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН», Новосибирского института органической химии им. Н.

  940
• 01/03/2018

  Исследования группы российских ученых помогут при изучении новых полимерных материалов

  ​Ученые из Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и  Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН (НТЦУП РАН), подведомственных ФАНО России, совместно с коллегами из Российского университета дружбы народов (РУДН) провели серию экспериментов по исследованию термостимулированных поверхностных плазмон-поляритонов (ТППП).

  1343
• 10/10/2017

  Молодежная конференция «Оптические и информационные технологии» прошла в новосибирском Академгородке

  ​​​Традиционная молодёжная конкурс-конференция «Оптические и информационные технологии» прошла с 25 по 27 сентября 2017 года в новосибирском Академгородке. Её организовали совместно Институт автоматики и электрометрии (ИАиЭ) СО РАН и Новосибирский государственный университет (НГУ) (при финансовой поддержке Российского научного фонда).

  2366