Дан обзор новых наиболее интересных результатов, представленных на ежегодной XLVIII Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, состоявшейся с 15 по 19 марта 2021 года в режиме online. Проведен анализ развития и достижений основных направлений исследований в области физики плазмы в России и их сравнение с работами за рубежом.
The review is given on the most interesting new results presented at the XLVIII In-ternational Zvenigorod conference on plasma physics and controlled fusion which took place in Moscow on March 15–19, 2021. The analysis of basic achievements in the field of plasma physics in Russia and their comparison with scientific researches abroad is carried out.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- Префикс DOI
- 10.51368/2307-4469-2021-9-4-273-297
- eLIBRARY ID
- 46613722
-
XLVIII Международная Звенигородская конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу является единственным ежегодным крупно-масштабным научным форумом ученых, работающих в области физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза в России и странах СНГ. Она проходила уже в 48-й раз и собрала на свои заседания более 650 участников из научных центров России и других стран. Число российских (58) и иностранных организаций (11), представивших доклады на конференцию, стабильно остается на высоком уровне.
-
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. Это подтверждается работами, совместно выполненных сотрудниками российских и зарубежных научных центров.
-
Уровень экспериментальных исследований, выполненных российскими учеными на крупных российских установках в области магнитного удержания горячей плазмы, пока еще достаточно высок, несмотря на физическое и концептуальное старение 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, соответствующими условиям термоядерного реактора, например, сверхпроводящие тока-мак, стелларатор, осесимметричная ловушка. Важным является также создание ряда средних плазменных установок в университетах для начального обучения студентов и подготовки аспирантов для работы с высокотемпературной плазмой. Отсутствие такой программы уже привело к отставанию российских научных центров, ведущих исследования по управляемому термоядерному синтезу и термоядерным технологиям, на десятилетия от исследований по этим направлениям, ведущихся в технологически лидирующих странах.
С 2021 года в России началась реализация Комплексной программы Российской Федерации «Развития техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии на период до 2024 года», в состав которой входит важная для работ по УТС подпрограмма «Разработка технологий управляемого термоядерного синтеза и инновационных плазменных технологий». Эта программа разработана в ГК РОСАТОМ при участии ведущих российских научных центров, финансируется как государственной корпорацией, так и государственным бюджетом РФ. Эта программа в значительной части стимулирует развитие ядерной энергетики и ядерных технологий и их широкое применение в экономике России. Подпрограмма «Разработка технологий управляемого термоядерного синтеза и инновационных плазменных технологий» является первым и верным шагом, направленным на сокращение отставания и последующего развития плазменных технологий, определяющих развитие работ по управляемому термоядерному синтезу. Необходимо чтобы за ней последовали следующие шаги, которые в совокупности сформируют широкую национальную программу исследований по фундаментальным и прикладным направлениям физики плазмы. Важно иметь в виду, что в результате реализации программы международного проекта ИТЭР, разработанные новые термоядерные и плазменные технологии должны быть освоены российскими учеными и инженерами для их успешного применения в разработках российских промышленных термоядерных реакторов, что невозможно в отсутствие национальной программы по физике плазмы и УТС.
-
Современный мировой уровень лазерно-плазменных исследований требует создания в крупных научных центрах России, по крайней мере, двух конкурирующих мультипетаваттных лазерных систем, направленных на решение проблемы ЛТС и смежных задач. Также целесообразно создать сеть из нескольких лазерных установок с меньшей мощностью, на которых было бы возможно проверять новые идеи и экспериментальные схемы, а также проводить отработку новых диагностик. Так эффективно работают научные программы технологически развитых стран Европы, Японии, Китая и США. В России стратегических долгосрочных планов строительства таких лазерных установок нет, и это ведет к дальнейшему отставанию наших научных исследований по ЛТС от уже достигнутого мирового уровня.
-
Доля представленных на конференции работ, стимулированных научными задачами управляемого термоядерного синтеза на основе магнитного удержания плазмы, составило 34 %.
-
Сохраняется заметной доля (30 %) представленных на конференции работ, посвященных фундаментальным и прикладным исследованиям в области физики плазмы, увеличивается интерес к этим научным исследованиям среди молодежи, принявшей участие в работе конференции.
-
Работам, выполненным по реализации диагностических комплексов и систем для международного проекта ИТЭР в рамках ответственности России, составили 25 % от общего числа представленных на конференции докладов.
-
Доля докладов, посвященных проблемам ИТС, включая лазерный термоядерный синтез, составила 11 %.
-
Остается заметным число представ-ленных на конференции работ, выполненных российскими учеными совместно с учеными ведущих научных центрах Европы, КНР и США. Это свидетельствует о том, что авторитет и научная квалификация российских ученых в области физики плазмы, а также некоторых экспериментальных установок пока остаются достаточно высокими, чтобы быть востребованными мировым научным сообществом.
Оргкомитетом конференции издана книга «XLVIII Международная Звенигородская конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу» Сборник тезисов докладов. М.: ЗАО НТЦ ПЛАЗМАИОФАН. 246 с. ISBN 978-5-6042115-4-0. Материалы конференции также размещены на сайте конференции http://www.fpl.gpi.ru/Zvenigorod/XLVIII/Zven_XLVIII.html.
Список литературы
- «XLVIII Международная Звенигородская конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу» 15–19 марта 2021 г., г. Москва. Сборник тезисов докладов. — М.: ЗАО НТЦ ПЛАЗМАИОФАН. — 246 с. ISBN 978-5-6042115-4-0.
- http://www.fpl.gpi.ru/Zvenigorod/XLVIII/Zven_XLVIII.html
- Proceedings of the XLVIII International Zvenigorod Conference on Plasma Physics and Controlled Fusion, Moscow, Russia. March 15–19, 2021. ISBN 978-5-6042115-4-0 (Published by PLAZMAIOFAN Co Ltd. 2021) [in Russian].
- http://www.fpl.gpi.ru/Zvenigorod/XLVIII/Zven_XLVIII.html
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Гришина И. А., Иванов В. А.
Итоги развития научных исследований по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу в России в 2020 году (Обзор материалов XLVIII Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу», 15–19 марта 2021 г.) 273
Голятина Р. И., Майоров С. А.
Аналитическая аппроксимация сечений столкновений электронов с атомами инертных газов 298
Гребенщиков С. Е., Васильков Д. Г., Иванов В. А., Сарксян К. А., Терещенко М. А., Харчев Н. К.
Электрические токи при создании и нагреве плазмы методом электронного циклотронного резонанса в стеллараторе Л-2М 310
Давыдов С. Г., Долгов А. Н., Каторов А. С., Ревазов В. О., Якубов Р. Х.
Инициирование разряда в вакуумном промежутке излучением ИК-диапазона умеренной интенсивности 325
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Гибин И. С., Котляр П. Е.
От газового термометра до терагерцовой матрицы (обзор) 337
Юрков Д. И., Лавренин В. А., Лемешко Б. Д., Михайлов Ю. В., Прокуратов И. А., Дулатов А. К.
Сохраняемость камер плазменного фокуса с дейтерий-тритиевым заполнением 347
C O N T E N T S
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
I. A. Grishina and V. A. Ivanov
Results of scientific research development in the fields of plasma physics and controlled fusion in Russia in 2020 (Review of reports of the XLVIII International Zvenigorod Conference, 2021) 273
R. I. Golyatina and S. A. Maiorov
Analytical approximation of cross sections of collisions of electrons with atoms of inert gases 298
S. E. Grebenshchikov, D. G. Vasilkov, V. A. Ivanov, K. A. Sarksyan, M. A. Tereshchenko, and N. K. Kharchev
Study of electric currents excitation in the plasma of the L-2M stellarator with its electronic cyclotronic creation and heating 310
S. G. Davydov, A. N. Dolgov, A. S. Katorov, V. O. Revazov, and R. Kh. Yakubov
The discharge initiation in vacuum gap by moderate intensity optical range radiation 325
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
I. S. Gibin and P. E. Kotlyar
From a gas thermometer to a terahertz matrix (a review) 337
D. I. Yurkov, V. A. Lavrenin, B. D. Lemeshko, Yu. V. Mikhailov, I. A. Prokuratov,
and A. K. Dulatov
Shelf life of plasma focus chambers with deuteriumtritium filling 347
Другие статьи выпуска
В работе приведены результаты экспериментального изучения сохраняемости герметичных камер плазменного фокуса (ПФ) с дейтерий-тритиевым и дейтериевым заполнениями. Сохраняемость определяется как поддержание уровня выхода нейтронного излучения при работе камер ПФ в составе импульсных нейтронных генераторов после длительных интервалов хранения. Выделение примесей с внутренних поверхностей камеры ПФ и накопление гелия He3 вследствие распада трития в объеме отпаянных камер ПФ приводит к значительному снижению уровня выхода нейтронного излучения через несколько лет после заполнения камеры рабочей смесью. В статье показано, что сохраняемость камер значительно увеличивается при использовании генератора газа, в котором изотопы водорода содержатся в связанном состоянии, и выделяются во внутренний объем камеры только на время работы в составе нейтронных генераторов. Экспериментально показано, что сферические камеры типа ПФ9 обеспечивают уровень выхода нейтронного излучения Y, близкий к начальному значению Y0 при производстве камер, спустя более чем 10 лет хранения.
Рассмотрены история изобретения и развития газового термометра и появления на его основе оптико-акустических приемников (ОАП), начиная с первых работ Белла, Хейса, Голея и до настоящего времени. Отмечены преимущества ОАП, заключающиеся в постоянной и высокой чувствительности в широкой области спектра и наивысшей среди тепловых приемников обнаружительной способности. Рассмотрены основные характеристики мембран – основных элементов ОАП, проанализированы физические свойства графена как наиболее предпочтительного материала для мембран. Проведены оценки, показывающие, что применение мембран из SLG-графенов позволяет создавать приемники ИК- и ТГЦ-излучения с ячейками порядка десятков микрон, имеющими предельно высокую чувствительность. Предложена новая конструктивная схема неохлаждаемых матричных гелий-графеновых оптико-акустических приемников, обладающих теоретически предельными чувствительностью и быстродействием и расширенным до гелиевых температур рабочим диапазоном.
На основе полученных экспериментальных данных сделан вывод о том, что под действием импульса лазерного излучения в продуктах эрозии электродов зажигается первоначально тлеющий разряд, который в результате развития ионизационно-перегревной неустойчивости испытывает контракцию токового канала и переходит в дуговой. Показан характер зависимости минимальной энергии лазерного излучения, необходимой для инициирования разряда, и пороговой энергии лазерного излучения, при превышении которой лазерное из-лучение эффективно воздействует на возникающую лазерную плазму, от термодинамических параметров материала мишени.
Представлены результаты измерения продольного электрического тока, возбуждаемого в тороидальной плазме стелларатора Л-2М в результате мощного импульсного СВЧ-нагрева (мощность до 600 кВт, длительность импульса до 20 мс). В экспериментах для создания и нагрева плазмы в стеллараторе использовалось СВЧ-излучение гиротронов на частоте 75 ГГц, равной частоте 2-й гармоники электронного циклотронного резонанса для магнитного поля с индукцией В = 1,34 Тл в центре плазменного шнура. Для измерения токов в плазме использовались диагностические системы стелларатора, предназначенные для регистрации изменений во времени поперечного и полоидального магнитных полей. Показано, что наличие в конструкции стелларатора железного трансформатора омического нагрева существенно влияет на временное развитие токов равновесия вследствие значительной индуктивности плазменного шнура. При компенсации индуктивности этих устройств ожидаемая величина возбуждаемого в плазме тока может достигать величины около 7 кА.
В работе представлен анализ данных по сечениям упругих и неупругих столкновений электронов с атомами благородных газов. Рассмотрены транспортное (диффузионное) сечение, сечения возбуждения и ионизации. Для выбранных наборов экспериментальных и теоретических данных найдены оптимальные аналитические формулы и для них подобраны аппроксимационные коэффициенты. Полученные полуэмпирические формулы позволяют воспроизводить значения сечений для них в широком диапазоне энергий столкновения от 0.001 до 10000 эВ с точностью нескольких процентов.
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