Основные цели и задачи программы
DESCRIPTION
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Программа № 2 фундаментальных исследований Президиума РАН Вещество при высоких плотностях энергии Подпрограмма 1 «Энергетика и механика быстропротекающих процессов и самоорганизация в плазменных, газовых и конденсированных средах». Основные цели и задачи программы. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Основные цели и задачи программы](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042603/56814c3e550346895db94445/html5/thumbnails/1.jpg)
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУКПрограмма № 2 фундаментальных исследований
Президиума РАНВещество при высоких плотностях энергии
Подпрограмма 1«Энергетика и механика быстропротекающих процессов и самоорганизация в плазменных,
газовых и конденсированных средах»
![Page 2: Основные цели и задачи программы](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042603/56814c3e550346895db94445/html5/thumbnails/2.jpg)
Основные цели и задачи программы – Термодинамические, переносные и кинетические свойства
веществ при экстремально высоких давлениях и температурах.
– Физика сильнонеидеальной плазмы, ионизационная устойчивость и плазменные фазовые переходы.
– Металлизация и диэлектризация вещества в мегабарном диапазоне давлений.
– Фундаментальные исследования и приложения пылевой плазмы.
– Взаимодействие мощного электромагнитного и корпускулярного излучения с веществом.
– Горение, детонация, ударные волны.– Физика и механика неупругого деформирования и
разрушения под воздействием интенсивных импульсных механических, корпускулярных и электромагнитных воздействий.
– Быстрые физико-химические превращения.
![Page 3: Основные цели и задачи программы](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042603/56814c3e550346895db94445/html5/thumbnails/3.jpg)
В программе принимают участие следующие отделения РАН:
• Отделение энергетики, машиностроения, механики и процессов управления: ОИВТ, ИЭЭ, ФТИ, ИПГ ДагНЦ
• Отделение физических наук: ФИАН, ИТФ, ИФТТ, ИОФАН, ФТИ им. А.Ф.Иоффе
• Отделение химии и наук о материалах: ИПХФ, ИХФ, ИСМАН• Отделение математических наук: ИАП• Сибирское отделение РАН: ИГЛ, ИЯФ, ИСЭ, ИФПМ• Уральское отделение РАН: ИТ, ИМСС • Дальневосточное отделение: ИАПУ• Кольский научный центр: ФКНЦ РАН-ЦФТПЭС
![Page 4: Основные цели и задачи программы](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042603/56814c3e550346895db94445/html5/thumbnails/4.jpg)
Международное сотрудничество – Проект FAIR, GSI, Дармштадт, ФРГ – коллаборация по физике плазмы
HEDgeHOB;– Соглашение о сотрудничестве между ОИВТ РАН и Laboratoire de
Physique des Gaz et des Plasmas (LPGP), Université Paris, Франция по исследованиям взаимодействия лазерного излучения с веществом, лазерно-плазменным ускорителям заряженных частиц и физике высоких плотностей энергии в веществе
– Соглашение о сотрудничестве между ОИВТ РАН и Gesellschaft für Sschwerionforschung (GSI), Darmstadt, Германия по исследованиям взаимодействия лазерного излучения с веществом, лазерно-плазменным ускорителям заряженных частиц и физике высоких плотностей энергии в веществе
– Соглашение между Российской академией наук и Национальным центром научных исследований Франции (CNRS) по теме «Исследования в физике высоких плотностей энергии методами рентгеновской изображающей спектроскопии»
– Межинститутское соглашение о совместных работах между Kansai Photon Science Institute Japan Atomic Energy Agency (Japan) и Объединенным институтом высоких температур РАН Россия по теме «Исследования нелинейных процессов в релятивистской лазерной плазме методами рентгеновской спектромикроскопии»
– Проект FELIX, DESY (лазер на свободных электронах), ФРГ;
![Page 5: Основные цели и задачи программы](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042603/56814c3e550346895db94445/html5/thumbnails/5.jpg)
0.04 0.060.080.1 0.2 0.4 0.6 0.8 1 2 4 6 8 1010-1
100
101
102
103
Sarov S=Const (new) Sarov S=Const (new)
Nellis et al., 1984 Eggert et al., 2009 Sarov (recent results)
P, G
Pa
, g/cm3
В кооперации с Центром исследований экстремальных энергетических процессов Росатом – РАН и ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» получены уникальные экспериментальные данные по термодинамическим свойствам изоэнтропически сжатого дейтерия и гелия в области давлений 1500–2000 ГПа. Измерены значения плотностей 4,3 г/см3 и 3,8 г/см3 в дейтерии и гелии при давлениях 2210 ГПа и 1580 ГПа, соответственно. Внутренняя энергия дейтериевой плазмы при этом давлении в 100 раз превосходит удельную энергию химических конденсированных взрывчатых веществ. На основе квазихимической модели плотной плазмы и расчетов методами квантовой молекулярной динамики разработаны уравнения состояния водорода, дейтерия и гелия, согласованные с последними экспериментальными данными.
![Page 6: Основные цели и задачи программы](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042603/56814c3e550346895db94445/html5/thumbnails/6.jpg)
Развита теория генерации характеристического рентгеновского излучения при вакуумном нагреве электронов на поверхности массивной мишени фемтосекундным лазерным импульсом и проведены первые измерения параметров рентгеновского излучения, возникающего при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью ~1017 Вт/см2 на наноструктурированные мишени. Выход характеристического рентгеновского излучения на наноструктурированной мишени в 1.5÷ 2 раза выше по сравнению с мишенью без наноструктур.
1.50 1.52 1.54 1.56 1.58 1.600.0
0.3
0.6
0.9
1.2
1.5
1.8
K
o
Инт
енси
внос
ть (*
1012
, фот
/(А*с
.р.)
Длина волны, А
![Page 7: Основные цели и задачи программы](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042603/56814c3e550346895db94445/html5/thumbnails/7.jpg)
С использованием зондирующего лазерного излучения трех длин волн выполнены измерения поляризационных свойств сильнонеидеальной плазмы ксенона с плотностью до 2.8 г/см3, полученной ударным сжатием газовой среды. Измерения дополнены компьютерным моделированием взаимодействия градиентной плазмы с пробной электромагнитной волной с учетом рассеяния электронов на атомах и изменения температуры в переходном слое.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 900.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
RS calc L=800nm
RP calc L=800nm
RP calc L=200nm
RS calc L=200nm
Rexp s-wave
Rexp p-wave
RP calc ea-collisions
RS calc ea-collisions
pola
rized
refle
ctiv
ity in
dex
incident angle, deg
las
=1064nm
ne=7*1021cm-3
T=29250 K
pl=2.7 g/cc
0 10 20 30 40 50 60 70 80 900.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0 Rexp s-wave
Rexp p-wave
RP calc L=800nm
RP calc L=200nm
RP calc ea-collisions
RS calc ea-collisions
pola
rized
refle
ctiv
ity in
dex
incident angle, deg
las
=694nm
ne=7.8*1021cm-3
T=32020 K
pl=2.8 g/cc
![Page 8: Основные цели и задачи программы](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042603/56814c3e550346895db94445/html5/thumbnails/8.jpg)
Исследованы процессы субмикросекундного превращения графита в алмаз в условиях ударного сжатия
LiF
Win
dow
LiF
Win
dow
Gra
phite
Gra
phite
II
T
0.0 0.5 1.00.0
0.5
1.0
1.5
II
2.185 г/см3, 2.87 ммT
2.169 г/см3, 4.25 мм
Прессованный графит ОСЧ-T1,измерения на границе графит/LiF
Ско
рост
ь по
верх
ност
и, к
м/с
Время, мкс
Сдвиги в базисных плоскостях затрудняют превращение графит-алмаз.
![Page 9: Основные цели и задачи программы](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042603/56814c3e550346895db94445/html5/thumbnails/9.jpg)
Проведены исследования температурно-скоростных зависимостей сопротивления деформированию и разрушению для алюминия, серебра и магниевого сплава при температурах от комнатной до близкой к температуре плавления в условиях ударно-волнового воздействия широком диапазоне длительностей нагрузки, включая измерения при скоростях деформации до 109 с-1 вблизи пределов объемной и сдвиговой прочности с использованием фемтосекундной лазерной техники. Найдено, что зависимость начального напряжения течения от скорости пластической деформации описывается степенной функцией с показателем меньше 0.5, сопротивление высокоскоростному деформированию возрастает с увеличением температуры и уменьшается по мере развития пластической деформации.
103 104 105 106 1070
100
200
300
400
500
Al 99.99%
1
A
103 104 105 106 107 108 109 10100.4
0.60.8
1
2
4
68
10
20
Al
FoilsMoshe, Eliezer, 2000
Ашитков и др., 2012
МДspall = 0.4 + 3.75(' /108 )0.2
Предельная прочность
Плоский удар Лазеры и пучки
Al 99.99%
Монокристаллы
AД1
Отк
ольн
ая п
рочн
ость
, ГП
а
Скорость деформации, с-1
![Page 10: Основные цели и задачи программы](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042603/56814c3e550346895db94445/html5/thumbnails/10.jpg)
В цикле экспериментальных исследований на борту Международной космической станции получены новые данные о процессе кристаллизации и плавления больших трехмерных плазменно-пылевых систем в условиях микрогравитации. Обнаружено возникновение самовозбуждающихся волн сжатия вблизи области двойного слоя пространственного заряда, которые распространялись в направлении ионного потока.
31 Pa
11 Pa
20 Pa
Обзорная камера Камера высокого разрешения
![Page 11: Основные цели и задачи программы](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042603/56814c3e550346895db94445/html5/thumbnails/11.jpg)
Получены новые экспериментальные, теоретические и численные данные об условиях и критериях фазовых переходов «жидкость–твердое тело» и полиморфных превращений в неидеальных трехмерных и двумерных плазменно-пылевых системах. В совместных с Международным институтом физики неидеальной плазмы Научного общества Макса Планка (ФРГ) экспериментах на Международной космической станции и на борту специализированного самолета A-300 Zero-G исследовано взаимодействие частиц в бинарной пылевой плазме, обнаружены и изучены самовозбуждающиеся колебания пылевой компоненты, исследовано ударное сжатие плазменно-пылевого вещества.
![Page 12: Основные цели и задачи программы](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042603/56814c3e550346895db94445/html5/thumbnails/12.jpg)
Комплексным экспериментальным и расчетным исследованием получены новые важные данные о процессе возникновения плотной плазмы при субмикросекундном электрическом взрыве проводников при мегаамперных токах и мегагаусных магнитных полях. Показано, что рост магнитогидродинамических неустойчивостей, развивающихся при взрыве цилиндрических проводников, связан с кумуляцией сходящейся цилиндрической ударной волны в проводнике. Электрический взрыв проводников является источником получения экспериментальной информации о транспортных и теплофизических свойствах «теплой» плазмы и генерация мощных импульсов электромагнитного и корпускулярного излучения.
![Page 13: Основные цели и задачи программы](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042603/56814c3e550346895db94445/html5/thumbnails/13.jpg)
Обнаружено формирование детонационной волны конденсации при термическом разложении ацетилена без участия окислителя. Определена кинетика тепловыделения и ее взаимосвязь с динамикой формирования детонационной волны. Показано, что лимитирующей стадией процесса является реакции роста больших полиуглеводородных молекул, предшествующие образованию конденсированных углеродных частиц.
![Page 14: Основные цели и задачи программы](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042603/56814c3e550346895db94445/html5/thumbnails/14.jpg)
На базе осесимметричной проточной кольцевой детонационной камеры реализована длительная непрерывная детонация водородо-воздушной смеси в режиме эжекции воздуха. За это время детонационная волна совершила около 2200 устойчивых оборотов по окружности камеры со скоростью 1.46 км/с.
![Page 15: Основные цели и задачи программы](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042603/56814c3e550346895db94445/html5/thumbnails/15.jpg)
Экспериментально и теоретически исследованы свойства неидеальной плазмы твердотельной плотности при фемтосекундном лазерном воздействии, структура и динамика разлета лазерного факела в широком диапазоне плотностей энергии.
![Page 16: Основные цели и задачи программы](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042603/56814c3e550346895db94445/html5/thumbnails/16.jpg)
В кооперации с Kansai Photon Science Institute Japan Atomic Energy Agency (Япония) проведены эксперименты по генерации астрофизически-подобных плазменных струй и аккреционных колонн в плазме килоджоульных наносекундных лазерных импульсов. С пикосекундным временным разрешением получены теневые радиографические рентгеновские квазимонохроматические изображения плазменных струй, изучена их эволюция на временах в несколько десятков наносекунд. Интерпретация экспериментальных данных позволит описать характер и параметры столкновительных и радиационных процессов в плазме в моменты образования и распространения плазменных струй и аккреционных колонн при аккреции вещества на поверхность звезд (белых карликов).
![Page 17: Основные цели и задачи программы](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042603/56814c3e550346895db94445/html5/thumbnails/17.jpg)
Исследовано взаимодействие фемтосекундных лазерных импульсов высокой мощности с кластерными мишенями, получающимися из смесей атомарных и молекулярных газов. Потоки рентгеновских фотонов и ускоренных ионов, генерируемых в такой плазме, использованы для получения изображений объектов, обладающих внутренней наноструктурой. Зарегистрированы фазово-контрастные и абсорбционные рентгеновские изображения различных наноструктур с субмикронным разрешением. По сравнению с существующими, метод, разработанный в проекте, позволяет получать изображения с субмикронным пространственным разрешением на очень большом поле зрения – до нескольких см2.
![Page 18: Основные цели и задачи программы](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042603/56814c3e550346895db94445/html5/thumbnails/18.jpg)
Методом импульсного нагрева в волне отрицательного давления получены температурные зависимости кавитационной прочности растворов гелия в жидком аргоне