Кафедра физики

Разработки физиков ЛЭТИ – ведущие направления в мировой науке

Александр Сергеевич ЧИРЦОВ, заведующий кафедрой:

– Основной задачей кафедры физики является обеспечение качественной фундаментальной подготовки будущих инженеров–организаторов производства XXI века, являющейся необходимым условием развития современной технической цивилизации.

Важнейшей составляющей качества преподавания можно назвать вовлечённость сотрудников кафедры в мировой научный процесс, что позволяет привносить в читаемые курсы элементы современной физики как развивающейся науки. Спектр научных интересов преподавателей кафедры чрезвычайно широк. Остановимся подробно на двух направлениях научной деятельности кафедры, имеющих как фундаментальную, так и прикладную ценность.

Научное направление «Электродинамика релятивистских пучков заряженных частиц в ускорителях».

Область перспективных ускорителей заряженных частиц находится в поиске новых революционных технологий, позволяющих достичь прогресса в создании ускорителей для экспериментов физики высоких энергий.

Принцип действия традиционных ускорителей состоит в том, что заряженные частицы проходят через специальный короткий ускорительный промежуток, в котором увеличивают энергию, а затем, двигаясь по кругу с постепенно убывающей скоростью, возвращаются назад к ускорительному промежутку. За последние 10–20 лет было предложено несколько принципиально новых решений по конструкции ускорителей, призванных увеличить темп ускорения. Одно из них – поместить частицы в трубу, заполненную плазмой, или в трубу из диэлектрика в металлической оболочке. Сгусток заряженных частиц взаимодействует с заполнением волновода и создаёт электромагнитное поле, являющееся вариантом излучения Вавилова-Черенкова, в котором скорость близка к скорости света.

Сгенерированное сильноточным пучком кильватерное излучение СВЧ-диапазона может быть использовано не только для ускорения вторичного сгустка частиц, но и для создания его поперечных осцилляций при использовании волновода с периодическим асимметричным диэлектрическим заполнением. За счёт таких колебаний электроны пучка будут двигаться с ускорением и генерировать электромагнитные волны ультрафиолетового и рентгеновского диапазонов, что является необходимым условием для создания лазера на свободных электронах.

Развитие методов кильватерного ускорения в диэлектрических ускорительных структурах и создание основанных на новых принципах ондуляторов для лазеров на свободных электронах является одним из научных направлений кафедры физики ЛЭТИ на протяжении последних тридцати с лишним лет.

Научное направление «Разработка комплекса СВЧ-диагностики низкотемпературных атмосферных плазменных струй».

Холодная плазма атмосферного давления в последние два десятилетия активно изучается с целью её использования для различных приложений, таких, как нетермическая стерилизация термочувствительных поверхностей, инициирование различных химических реакций, нанесение покрытий, а также с целью повышения адгезии наносимых на поверхность лаков и клеев. Для генерирования атмосферной плазмы с низкой (около 300 К) газовой температурой используют различные типы разрядов, которые чаще всего не являются стационарными.

Одной из наиболее важных характеристик плазмы является плотность электронов, которая для атмосферной плазмы с такой низкой газовой температурой может быть менее 1012 см-3. Однако доступные методы измерения плотности электронов либо имеют недостаточную чувствительность, либо не позволяют отслеживать динамические процессы в нестационарных разрядах. Проект направлен на разработку эффективных средств СВЧ-диагностики атмосферных плазменных струй, предназначенных для проведения антибактериальной обработки различных термочувствительных поверхностей, включая живые ткани. Актуальность решаемой в этом проекте научной проблемы состоит в отсутствии на настоящее время эффективных средств диагностики атмосферных плазменных струй.

Научная новизна заявляемых в данном проекте работ состоит, во-первых, в том, что предлагается провести измерения электронной концентрации низкотемпературной плазмы атмосферного давления для коронного, барьерного и тлеющего разрядов путём СВЧ зондирования в объёмном резонаторе в диапазоне частот 1–3 ГГц. Во-вторых, в том, что предлагается разработать и апробировать систему диагностики низкотемпературных атмосферных плазменных струй в свободном пространстве.

Проект будет выполняться в течение двух лет с финансированием 1,5 млн рублей в год.