Защита в ИПФ РАН: Алексей Веселов

Новый выпуск нашей постоянной рубрики «Защита в ИПФ».

Сегодня мы расскажем вам об исследовании Алексея Веселова — младшего научного сотрудника лаборатории прикладной физики плазмы.

Он защитил свою диссертацию 10 июня 2024 года.

Тема: Пробой газа в сфокусированных пучках электромагнитных волн субмиллиметрового диапазона

Специальность: физика плазмы

— Почему вы выбрали эту тему для исследования?

— Поскольку я работаю в лаборатории прикладной физики плазмы, одной из немаловажных частей нашей работы является проведение экспериментов. В частности, мы исследуем разряды, инициированные в различных газах. Само по себе явление разряда – очень притягательное зрелище. Должно быть, каждого из нас завораживали ветвистые молнии на небосводе во время грозы. В случае разрядов в сфокусированных пучках электромагнитных волн, единого столба разряда не наблюдается. Вместо этого имеется единое плазменное облако, цвет свечения которого, в зависимости от типа газов, может сменяться от тёмно-оранжевого до пурпурного.

Наше исследование интересно ещё и потому, что для самостоятельного пробоя зачастую требуются генераторы с рекордно высокими мощностями греющего излучения. В нашем институте данными источниками служат гиротроны, однако в России существует ещё одна установка, способная работать на схожих частотах. Это лазер на свободных электронах в ИЯФ СО РАН. Все вышеперечисленные установки считаются уникальными как для России, так и для всего мирового сообщества. Поэтому возможность использовать в работе подобные источники излучения – уже само по себе является привлекательным.

— Как проходили ваши исследования? Какие методы вы использовали?

— В случае СВЧ разрядов пробой газа упрощается при понижении давления газа. ИК и оптические разряды наоборот, проще инициируются при повышенном давлении. В случае терагерцового разряда оптимум разрядного давления оказывается порядка атмосферного. При этом какие-либо методы контактного измерения параметров плазмы невозможны. Поэтому основными для эксперимента являются спектроскопические и визуальные методы диагностики.

Поскольку неравновесные разряды в благородных газах продемонстрировали сверхзвуковые скорости распространения, для регистрации разрядов были использованы камеры со сверхмалым временем выдержки кадра.

— К какому результату вы пришли?

— Было показано экспериментально, что на локальные параметры в толще разряда существенным образом влияет структура его внешних границ. Добиться увеличения удельного энерговклада и, как следствие, температуры плазмы удалось за счёт уменьшения размеров области, в которой может поглощаться греющее излучение. За счёт создания газовой струи удалось обеспечить такое распределение нейтралов газа, при котором границы разряда оказываются прозрачными, а его центр – сильнопоглощающим для терагерцового излучения. При повышении температуры плазмы спектр ее излучения смещается в более коротковолновую область спектра.

Экспериментально было показано, что ТГц разряд, инициированный в струе газа ксенона, имеет в своём составе линии, лежащие в диапазоне 10-15 нм, что может быть использовано для создания точечного источника ЭУФ излучения.

— Какие у вас есть дальнейшие планы на свои исследования? Какой темой планируете заниматься дальше?

— В дальнейшем я продолжу эксперименты по локализации разрядов, инициированных в струях инертных газов. Ожидается, что подбором оптимальных параметров газовой струи удастся получить плазму разряда, в которой будет достигаться высокий коэффициент преобразования энергии греющего излучения в энергию ЭУФ излучения.

Параллельно с этим я продолжу исследование химически активной плазмы. Высокую неравновесность разряда и высокую концентрацию электронов в разряде можно использовать и для плазмохимических приложений, где основными реакциями являются реакции с участием электрона.