Актуальные направления развития исследований по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу в России в 2021 году (2022)
Дан обзор новых наиболее интересных результатов, представленных на ежегодной XLIX Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, состоявшейся с 14 по 18 марта 2022 года в режиме on-line. Проведен анализ развития и достижений основных направлений исследований в области физики плазмы в России и их сопоставление с аналогичными работами за рубежом.
The review is given of the most interesting new results presented at the XLIX International Zvenigorod conference on plasma physics and controlled fusion which took place in Moscow on March 1418, 2022. The basic achievements are analyzed in the field of plasma physics in Russia and compared with the results of foreign scientific research.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- Префикс DOI
- 10.51368/2307-4469-2022-10-3-234-255
- eLIBRARY ID
- 49173899
-
XLIX Международная Звенигородская конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу является единственным ежегодным крупномасштабным научным форумом ученых, работающих в области физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза в России и странах СНГ. Она проходила уже в 49-й раз и собрала на свои заседания более 600 участников из научных центров России и других стран. Число российских (56) организаций, представивших доклады на конференцию, стабильно остается на высоком уровне. Были представлены доклады из 6 иностранных научных центров. Заметно снизилось число представленных на конференции работ, выполненных российскими учеными совместно с учеными ведущих иностранных научных центров, что обусловлено известными событиями в мире.
-
На конференции были представлены 16 приглашенных докладов (8 % от общего числа докладов), которые были посвящены актуальным проблемам физики плазмы и УТС.
-
Конференция способствовала решению научных проблем по направлениям: магнитное удержание высокотемпературной плазмы, инерциальный термоядерный синтез, физические процессы в низкотемпературной плазме, физические основы плазменных и лучевых технологий, реализация международного проекта ИТЭР. Ежегодно происходящий обмен информацией и опытом между учеными России, стран дальнего и ближнего зарубежья способствует установлению и поддержанию научных контактов между научными центрами, занимающимися близкими проблемами.
-
Доля представленных на конференции работ, связанных с научными задачами управляемого термоядерного синтеза на основе магнитного удержания высокотемпературной плазмы, составила около 33 %. Уровень экспериментальных исследований российских ученых на российских установках в области магнитного удержания горячей плазмы несколько отстает от работ, выполняемых в лидирующих мировых центрах. Это обусловлено физическим и концептуальным старением имеющегося экспериментального и диагностического оборудования. В течение ряда лет в России отсутствует стратегическая национальная программа по управляемому термоядерному синтезу, в рамках которой развивались бы исследования одновременно на нескольких крупных установках УТС с параметрами плазмы, сопоставимыми с параметрами термоядерного реактора, например, крупный токамак или крупный стелларатор с магнитными полями на основе сверхпроводящих материалов. Проекты таких установок имеются, но их реализация задержалась, по крайней мере, на 20 лет. Важным является также создание ряда установок с магнитным удержанием плазмы среднего масштаба в университетах для начального обучения студентов и аспирантов, а также для наработки экспериментального опыта и подготовки высококвалифицированных научных сотрудников для работы с высокотемпературной плазмой на технически современных установках УТС в России и Международной Организации ИТЭР. Отсутствие такой национальной программы уже привело к отставанию ряда российских научных центров, работающих в области управляемого термоядерного синтеза, от исследований, ведущихся в технологически лидирующих странах.
-
С 2021 года в России реализуется «Комплексная программа развития техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии на пери-од до 2024 года». Эта программа, разработанная в ГК РОСАТОМ при участии ведущих российских научных центров, финансируется как государственной корпорацией, так и государственным бюджетом РФ. Программа в своей значительной части стимулирует развитие ядерной энергетики, ядерных технологий и их широкое применение в экономике России.
В Комплексную программу входит подпрограмма «Разработка технологий управляемого термоядерного синтеза и инновационных плазменных технологий». Эта подпрограмма является первым и верным шагом, направленным на сокращение отставания и последующего развития технологий, определяющих развитие работ по управляемому термоядерному синтезу. Необходимо, чтобы за этим шагом последовали следующие шаги, которые привели бы к формированию национальной программы исследований по управляемому термоядерному синтезу, а также по фундаментальным и прикладным направлениям физики плазмы. Важно иметь в виду, что в результате реализации с участием России международного проекта ИТЭР, разработанные новые технологии и результаты исследований должны быть освоены российскими учеными и инженерами для применения в российских промышленных термоядерных реакторах, что невозможно в отсутствие национальной про-граммы по физике плазмы и УТС.
- Доля представленных на конференции докладов, посвященных проблемам инерциального термоядерного синтеза (ИТС), включая лазерный термоядерный синтез (ЛТС), составила около 10 %. В течение ряда лет на ежегодных конференциях снижается доля до-кладов, в которых представляются результаты экспериментальных исследований в этой области физики плазмы, в том числе и работы по лазерному термоядерному синтезу. России целесообразно было бы присоединиться к крупным международным программам, которые успешно развиваются, прежде всего, в Европейском союзе, что позволило бы участвовать российским ученым в исследованиях на современных научных установках с участием коллектива ведущих мировых ученых, и достаточно быстро преодолеть технический и научный отрыв от ведущих стран. Но в виду осложнившихся связей международных научных центров с Россией, такие исследования пока невозможны, и это приведет к дальнейшему отставанию наших научных исследований по ЛТС от уже достигнутого мирового уровня. Для преодоления отставания в России необходима также национальная программа строительства сети лазерных установок.
Для организации современных лазерно-плазменных исследований мирового уровня требуется создание в крупных научных центрах России, по крайней мере, двух сопоставимых мультипетаваттных лазерных систем с рекордными параметрами по мощности и энергии импульса лазерного излучения. Эти исследования должны иметь конечную цель – решение проблемы лазерного термоядерного синтеза (ЛТС) и смежных задач. Также целесообразно создать в ведущих университетах и научных центрах России несколько лазерных установок с энергетикой на порядок ниже ре-кордной, но с возможностями гибко варьировать параметры лазерного излучения. На этих установках было бы возможно проверять новые идеи и экспериментальные схемы взаимодействия лазерного излучения с веществом и плазмой, а также проводить отработку новых диагностик, которые будут необходимы для успешной работы крупных установок ЛТС. Именно так весьма эффективно работа-ют научные программы по ЛТС в технологически развитых странах Европы, Японии, США и Китая.
-
На конференции доля научных докладов, посвященных фундаментальным и прикладным исследованиям в области физики низкотемпературной плазмы, технике плазменных исследований и физическим основам плазменных технологий составила около 40 %. За последние несколько лет увеличился интерес к этим научным исследованиям среди молодежи, принявшей участие в работе конференции. Это связано с тем, что эти работы, часто выполняемые на небольших низкобюджетных установках в университетах и научных институтах, позволяют студентам, аспирантам и молодым научным сотрудникам проявлять инициативу и выполнять в короткий срок самостоятельные исследования по физике и технике плазмы. Такие работы, как правило, поддерживались с 1994 года в течение 26 лет Российским фондом фундаментальных исследований (РФФИ), статус которого и тематика поддерживаемых научных исследований были кардинально изменены в 2020 году. Созданный в 2013 году Российский научный фонд (РНФ) с другой структурой финансирования проектов пока не в состоянии широко поддерживать исследования по физике плазмы.
-
Доклады по работам, успешно выполняемым российскими учеными и инженерами по проектированию и изготовлению оборудования, а также по реализации диагностических комплексов для международного проекта ИТЭР в рамках ответственности России, составили около 9 % от общего числа представленных на конференции докладов.
Оргкомитетом конференции издана книга «XLIX Международная Звенигородская конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу» Сборник тезисов докладов. М.: ЗАО НТЦ ПЛАЗМАИОФАН. 230 с. ISBN 978-5-6042115-6-4. Материалы конференции также размещены на сайте конференции http://www.fpl.gpi.ru/Zvenigorod/
XLIX/Zven_XLIX.html.
Список литературы
- «XLIX Международная Звенигородская конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу» 14–18 марта 2022 г., г. Москва. Сборник тезисов докладов. – М.: ЗАО НТЦ ПЛАЗМАИОФАН. – 230 с. ISBN 978-5-6042115-6-4.
- http://www.fpl.gpi.ru/Zvenigorod/XLIX/Zven_XLIX.html
- Proceedings of the XLIX International Zvenigorod Conference on Plasma Physics and Controlled Fusion (ICPAF-2022), Moscow, Russia. March 14-18, 2022. ISBN 978-5-6042115-6-4 (Published by PLASMAIOFAN Co Ltd. 2021) [in Russian].
- http://www.fpl.gpi.ru/Zvenigorod/XLIX/Zven_XLIX.html
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Козак А. К., Заклецкий З. А., Соколов А. С., Скворцова Н. Н.
Электронный журнал данных плазмохимического синтеза материалов в микроволновых разрядах, инициируемых излучением импульсного гиротрона в смесях порошков металлов и диэлектриков 225
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Гришина И. А., Иванов В. А.
Актуальные направления развития исследований по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу в России в 2021 году
(Обзор материалов XLIX Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, 14–18 марта 2022 г.) 234
Долголенко Д. А., Зотин Г. Е., Потанин Е. П.
Динамика неизотермической плазмы, вращающейся вблизи твердых диэлектрических поверхностей 256
Долгов А. Н., Клячин Н. А., Прохорович Д. Е.
Экспериментальное исследование динамики плазмы микропинча с использованием формирующей линии 264
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Ковшов В. С., Яковлева Н. И., Никонов А. В.
Аналитическая модель квантовой эффективности фотодиодов на основе антимонида индия 277
Трофимов А. А., Денисов И. А., Смирнова Н. А., Шабрин А. Д., Гончаров А. Е., Новикова А. А., Можаева М. О., Гладышева К. А., Косякова А. М., Малыгин В. А., Кузнецова С. А., Ильинов Д. В., Суханова А. С.
Особенности подготовки подложек кадмий-цинк-теллур для выращивания эпитаксиальных слоев соединения кадмий-ртуть-теллур методом молекулярно-лучевой эпитаксии 289
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Федотов Ф. С., Телегин А. М.
Исследование магнитной ловушки для магнетронной распылительной системы 301
Машошин Д. А., Денисов Д. Г., Морозов А. Б., Патрикеев В. Е.
Разработка и исследование схемотехнических решений при проектировании осветительной ветви динамического интерферометра для контроля качества оптических поверхностей 308
C O N T E N T S
GENERAL PHYSICS
A. K. Kozak, Z. A. Zakletsky, A. S. Sokolov, and N. N. Skvortsova
Electronic journal for the data of plasma-chemical synthesis of materials in microwave discharges initiated by the radiation of a pulsed gyrotron in mixtures of metals and dielectrics powders 225
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
I. A. Grishina and V. A. Ivanov
Actual Trends in Research on Plasma Physics and Controlled Fusion in Russia in 2021 (Review of reports of the XLIX International Zvenigorod conference, 2022) 234
D. A. Dolgolenko, G. E. Zotin, and E. P. Potanin
Dynamics of nonisothermal plasma rotating near solid dielectric surfaces 256
A. N. Dolgov, N. A. Klyachin, and D. E. Prokhorovich
Experimental study of micropinch plasma dynamics using a forming line 264
PHOTOELECTRONICS
V. S. Kovshov, N. I. Yakovleva, and A. V. Nikonov
Analytical model of quantum efficiency of photodiodes based on indium antimonide 277
A. A. Trofimov, I. A. Denisov, N. A. Smirnova, A. D. Shabrin, A. E. Goncharov, A. A. Novikova, M. O. Mozhaeva, K. A. Gladysheva, A. M. Kosyakova, V. A. Malygin, S. A. Kuznetsova, D. V. Ilyinov, and A. S. Sukhanova
Processing aspects of CdZnTe fragments and 2ꞌꞌ wafers for epitaxial growing CdHgTe by molecular beam epitaxy 289
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
F. S. Fedotov and A. M. Telegin
Study of a magnetic trap for a magnetron sputtering system 301
D. A. Mashoshin, D. G. Denisov, A. B. Morozov, and V. E. Patrikeev
Development and study of circuit solutions in the design of the lighting branch of a dynamic interferometer for quality control of optical surfaces 308
Другие статьи выпуска
Разработано и экспериментально проверено схемотехническое решение, а именно модернизированная осветительная ветвь динамического интерферометра, позволяющее увеличить точность измерения параметров качества оптических поверхностей путём минимизации контраста спекл-структуры за счёт введения в схему осветительной ветви вращающегося диффузора.
Приведены результаты компьютерного и лабораторного моделирования магнитной распылительной системы (МРС), используемой для физического осаждения пленок в вакууме. Приведены рекомендации по выбору геометрических параметров МРС и значениям магнитного поля.
Твердый раствор кадмий-ртуть-теллур является в мире одним из основных материалов ИК-фотоэлектроники. Метод молекулярно-лучевой эпитаксии обладает рядом преимуществ перед другими методами получения соединения кадмий-ртуть-теллур. Вместе с тем он достаточно требователен к подготовке подложек, предназначенных для ростовых процессов. Настоящая работа посвящена первичной отработке процессов полирования в освоении производства подложек кадмий-ртуть-теллур ориентации (211). Достигнутая шероховатость составила 1 нм.
Исследованы спектральные характеристики фотоприемных устройств (ФПУ), детектирующих излучение в средневолновом инфракрасном (ИК) диапазоне спектра, изготовленные на основе антимонида индия, предназначенные для обнаружения, распознавания и идентификации тепловых объектов. Проведен расчет квантовой эффективности в зависимости от конструктивных параметров фотодиодов с учетом прохождения излучения через антиотражающее покрытие, а также с учетом отражения от границы раздела «p+-слой/омический контакт» с последующим повторным поглощением в структуре фотодиода. Разработана аналитическая модель коэффициента поглощения антимонида индия с учетом эффекта Бур-штейна-Мосса и правила Урбаха. Определена оптимальная толщина базового слоя фотодиода при различных значениях времени жизни неосновных носителей заряда.
Ранее было установлено, что существует взаимосвязь между динамикой плазмы и процессом ускорения электронов в микропинчевом разряде. Авторы предприняли попытку ввести управляемую временную задержку процесса ускорения электронов относительно процесса сжатия плазмы в перетяжке канала тока. С указанной целью для сильноточной вакуумной искры в режиме микропинчевания был использован комбинированный источник тока, состоящий из параллельно включенных конденсаторной батареи и формирующей линии переменной длины. Было обнаружено, что при использовании формирующей линии достаточной протяженности наблюдается поток высокоэнергетичных электронов с энергией порядка 104–105 эВ на частицу, распространяющийся в направлении внешнего электрода независимо от полярности электродов, а продолжительность существования условий для ускорения электронов примерно на два порядка величины превышает продолжительность быстрого радиационного сжатия и процесс ускорения не может быть связан исключительно с ним.
Рассматривается стационарное движение плазмы вблизи вращающегося с угловой скоростью протяженного диэлектрического диска при наличии внешнего потока с угловой скоростью в условиях действия внешнего однородного осевого магнитного поля и осевого градиента температуры. Анализ задачи выполнен в газодинамическом приближении с учетом центробежных сил и осевого перераспределения плотности. Рассчитаны профили радиальной компоненты скорости проводящего газа вблизи диэлектрической поверхности диска для различных параметров среды.
Представлена программа электронного журнала для плазмохимических исследований по синтезу материалов на специализированном стенде с мощным импульсным гиротроном ИОФ РАН. На основании экспериментального цикла работ 2019–2020 гг. плазмохимического синтеза микро и наночастиц был создан прототип электронного журнала и сформированы для него требования по хранению и обработке информации. Прототип электронного журнала был разработан на платформе «1С: Предприятие». Созданная программа для формирования базы параметров плазмохимического синтеза была успешно протестирована в экспериментальных сессиях 2020–2021 гг.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400