Эксπир
Регистрация / Вход

Экстремальные состояния вещества при воздействии мощных фемтосекундных лазерных импульсов

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.518.11.7008
Организация
ОИВТ РАН
Руководитель работ
Агранат Михаил Борисович
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
6,2 млн
Внебюджетные средства
0 млн

Опережающее развитие приборной базы научных исследований по приоритетным направлениям Программы и проведение исследований с использованием уникальной экспериментальной базы.

Предложения

Физическая химия наноструктурных флюидных систем
Тема
Физическая химия наноструктурных флюидных систем
Разработка мощных СВЧ источников. Лабораторное моделирование явлений в ионосферной и магнитосферной плазме.
Тема
Разработка мощных СВЧ источников. Лабораторное моделирование явлений в ионосферной и магнитосферной плазме.
Входящий номер
224
Руководитель организации-инициатора
Сергеев Александр Михайлович
 Показать еще 28 предложений
 Скрыть другие предложения

Этапы проекта

1
18.04.2007 - 30.06.2007
Проведена отработка элементов конструкции и параметров узла фокусировки лазерного излучения, мишенного узла и спектрометра рентгеновского излучения.
Разработана методика фемтосекундных микроинтерферометрических измерений зависимости величин амплитуды и фазы комплексного коэффициента отражения зондирующего лазерного импульса от интенсивности нагревающего импульса.
Проведена разработка экспериментальных методов диагностики деформационных и прочностных свойств наноструктур с помощью фемтосекундных лазерных импульсов. Приведены результаты исследования динамики деформации поверхности алюминиевой мишени вблизи порога абляции при фемтосекундном лазерном нагреве
Развернуть
2
01.07.2007 - 07.12.2007
С помощью фемтосекундной интерферометрической микроскопии впервые получены экспериментальные данные о величинах амплитуды и фазы комплексного коэффициента отражения лазерного импульса от неидеальной плазмы твердотельной плотности. На основе полученных экспериментальных данных и новой теоретической модели впервые оценены величины коэффициентов переноса и поглощающей способности неидеальной плазмы. По результатам измерения скорости гидродинамического расширения плазмы в пикосекундном временном диапазоне после воздействия фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью ~ 1014 Вт/см2 на мишени Al, Ag и Au получены оценки величины электронной температуры плазмы. Впервые методом Фурье-интерферометрии измерена величина характерной пространственной неоднородности плазмы (L/), образующейся при воздействии интенсивных лазерных импульсов на металлические мишени.
Развернуть
3
01.01.2008 - 30.06.2008
В течение третьего этапа работ проведены теоретические и экспериментальные исследования образования, структуры и разлёта лазерного факела. Приведены результаты молекулярно-динамических расчетов и основанные на этих расчетах теоретические представления об устройстве лазерного факела. С помощью микроинтерферометрии получены новые количественные данные о динамике разлёта откольного слоя и уменьшения его толщины с ростом плотности энергии нагревающего импульса.
Были продолжены начатые на первом этапе экспериментальные исследования динамики деформации поверхностных нанослоёв различных металлов с помощью интерферометрической методики с пространственным и временным разрешением. Проведено экспериментальное исследование динамики деформации поверхности пленок Al и Ni при нагреве фемтосекундными импульсами умеренной интенсивности (~1013 Вт/см2).
Проведены теоретические расчеты параметров каналов лазерной плазмы (геометрические размеры плазменных каналов, концентрации электронов и другие) при филаментации в воздухе мощных (субтераваттных) фемтосекундных лазерных импульсов хром-форстеритового лазера на длине волны 1,24 мкм. Построена модель нелинейно-оптического взаимодействия мощного фемтосекундного лазерного импульса различной длины волны с атмосферным воздухом. Данная модель позволяет в рамках единого подхода провести сравнительный анализ параметров филаментов и плазменных каналов, получающихся при филаментации импульсов хром-форстеритового лазера и лазера на титан-сапфире.
Развернуть
4
01.07.2008 - 31.10.2008
АННОТАЦИЯ РАБОТ,
ВЫПОЛНЕННЫХ НА ОТЧЕТНОМ ЭТАПЕ № 4
«Исследование возможности реализации ядерно-физического процесса D3Не синтеза и экспериментальные исследования особенностей формирования пучка филаментов»
государственного контракта с Федеральным агентством по науке
и инновациям от 18 апреля 2007 г. № 02.518.11.7008.

Шифр: «2007-7-1.8-00-02-031»
Период выполнения этапа 01 июля – 31 октября 2008 г.
Исполнитель: Учреждение Российской академии наук Объединенный институт высоких температур РАН,
125412, Москва, ул.Ижорская, д.13, стр.2
Цель работы Проведение исследований физических и химических процессов с использованием уникальной установки «Лазерный тераваттный фемтосекундный комплекс (ЛТФК)» по теме: «Экстремальные состояния вещества при воздействии мощных фемтосекундных лазерных импульсов»

1. Наименование разрабатываемой научной (научно-технической, инновационной) продукции
«Исследование возможности реализации ядерно-физического процесса D3Не синтеза и экспериментальные исследования особенностей формирования пучка филаментов»


2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. На 4 этапе работ были проведены теоретические исследования т/я реактора, основанного на комбинации цилиндрического лайнера из бериллия, заполненного топливной смесью D3He, играющего роль тераваттного Z-пинча и синхронизованного с ним по времени импульса фемтосекундного лазера. Ультракороткий лазерный импульс обеспечивает очень быстрый и холодный поджиг малой порции сжатого горючего, который осуществляется на основе локального импульса нейтронов, генерируемых в композитной мишени лазерным импульсом.
Проведены оценки и разработаны методики экспериментального измерения выхода нейтронов (~ 1013?1014 1/см3) при воздействии на изотоп 9Ве фемтоимпульсами (~1019 Вт/см2). Проведены расчеты необходимых ядерных данных; определены оптимальные конфигурации 9Be - D -3Не системы, проведено моделирование кинетики первичных и каталитических ядерных процессов, а также энергетического баланса в системе.
Проведены теоретические расчеты параметров каналов лазерной плазмы (геометрические размеры плазменных каналов, концентрации электронов и другие) при филаментации в воздухе мощных (субтераваттных) фемтосекундных лазерных импульсов хром-форстеритового лазера на длине волны 1,24 мкм. Построена модель нелинейно-оптического взаимодействия мощного фемтосекундного лазерного импульса различной длины волны с атмосферным воздухом. Данная модель позволяет в рамках единого подхода провести сравнительный анализ параметров филаментов и плазменных каналов получающихся при филаментации импульсов хром-форстеритового лазера и лазера на титан-сапфире.
Получены зависимости пиковой плотности потока энергии и радиуса филамента от начальной энергии импульса. Установлено, что радиус филамента излучения фемтосекундной хром-форстерит лазерной системы существенно больше, чем титан-сапфировой. Результаты этих исследований позволяют сделать вывод о перспективности использования излучения хром-форстерит лазерной системы в высокоэнергетических системах атмосферной оптики.
2.2. Впервые проведены оценки и разработаны методики экспериментального измерения выхода нейтронов (~ 1013?1014 1/см3) при воздействии на изотоп 9Ве фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью ~1019 Вт/см2. Ультракороткий лазерный импульс обеспечивает очень быстрый и холодный поджиг малой порции сжатого горючего, который осуществляется на основе локального импульса нейтронов, генерируемых в композитной мишени лазерным импульсом. Ранее в качестве устройства «быстрого поджига» в основном рассматривались схемы легкоионного- или тяжелоионного ускорителя, или метод виртуального диода. При этом основное требование к устройству «быстрого поджига» – это как можно более высокая выходная мощность и короткое время срабатывания. Таким требованиям, по-видимому, наилучшим образом удовлетворяет фемтосекундный лазер, способный выдать в импульсе мощность на уровне 1018-1020 Вт/см2, что недоступно для других драйверов. Более того, одновременно импульс такого лазера порождает относительно большой поток очень горячих электронов и ионов с энергиями от нескольких МэВ до 100 МэВ (в зависимости от мощности лазера).
Впервые экспериментально исследована филаментация в воздухе мощного фемтосекундного инфракрасного лазерного импульса. Разработана и реализована методика экспериментального исследования параметров филамента при распространении в воздухе лазерного импульса на длине волны 1,24 мкм. Новыми являются результаты по филаментации импульса на длине волны 1,24 мкм излучения фемтосекундной хром-форстерит лазерной системы, созданной в ОИВТ РАН. Ранее для создания филаментов использовались, в основном, титан-сапфировые лазерные системы. Оценки показывают, что в воздухе филамент хром-форстерит лазерной системы переносит значительно больше энергии по сравнению с филаментом титан-сапфировой лазерной системы.
2.3. Особенностью исследований формирования пучка филаментов в атмосфере является наличие фемтосекундной хром-форстерит лазерной системы, входящей в состав ЛТФК, которая не имеет в настоящее время аналогов в России и за рубежом.
3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Поиск новых источников энергии является одной из наиболее актуальных проблем во всём мире. В данной работе предложен и теоретически рассмотрен новый способ осуществления ядерных реакций синтеза в плазме, сжатой импульсным магнитным полем. Ключевым моментом является применение для создания быстрого поджига (образования пучка нейтронов) термоядерного процесса фемтосекундных лазерных импульсов. Практическое применение полученных результатов возможно лишь после проведения экспериментальных исследований, необходимых для доказательства предложенного способа осуществления ядерных реакций синтеза.
Явление филаментации фемтосекундных импульсов привлекает внимание, как в фундаментальных исследованиях, так и в практических приложениях. Уникальные свойства явления филаментации качественно расширяют лазерные методы в научных исследованиях и открывают новые возможности для фемтосекундных лазерных технологий в атмосферной оптике, микро-оптике и в других приложениях. Фемтосекундный лидар, в котором широкополосным источником направленного излучения является суперконтинуум филамента, сочетает преимущества время разрешенного зондирования и дифференциальной спектроскопии поглощения. Флуоресцентная спектроскопия при многофотонном возбуждении интенсивным полем филамента позволяет осуществлять дистанционное зондирование загрязняющих примесей в атмосфере, эмиссионная спектроскопия при генерации плазмы филамента на поверхности мишени – определять элементный состав удаленных объектов. Плазменный канал филамента рассматривается как средство для дистанционного управления высоковольтным разрядом, в частности, для стока атмосферного электричества. Фотоиндуцированная микро-модификация диэлектрической среды в филаменте позволяет осуществлять запись волноводов, ответвителей, дифракционных решеток и других элементов микро-оптики в объеме оптических материалов.
3.2. Ход практического внедрения полученных результатов.
3.3. Полученные результаты показывают, что применение фемтосекундных лазерных импульсов инфракрасного диапазона спектра излучения более эффективно для ряда приложений, описанных выше, чем импульсов видимого диапазона.
4. Выводы
Проведены теоретические исследования термоядерного реактора, основанного на комбинации цилиндрического лайнера из бериллия, заполненного топливной смесью D3He, играющего роль тераваттного Z-пинча и синхронизованного с ним по времени импульса фемтосекундного лазера с интенсивностью ~1019 Вт/см2. Проведены оценки и разработаны методики экспериментального измерения выхода нейтронов.
Впервые экспериментально исследована филаментация в воздухе мощного фемтосекундного инфракрасного лазерного импульса. Новыми являются результаты по филаментации импульса на длине волны 1,24 мкм излучения фемтосекундной хром-форстерит лазерной системы, созданной в ОИВТ РАН. Оценки показывают, что в воздухе филамент хром-форстерит лазерной системы переносит значительно больше энергии по сравнению с филаментом титан-сапфировой лазерной системы.
Руководитель работ по проекту
Зав. отделом ОИВТ РАН_________________ М.Б. Агранат
6 октября 2008 г.
М.П.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.8 Проведение исследований с использованием уникальных стендов и установок, а также уникальных объектов научной инфраструктуры (включая обсерватории, ботанические сады, научные музеи и др.), научных организаций и образовательных учреждений высшего профессионального образования
Продолжительность работ
2010 - 2012, 26 мес.
Бюджетные средства
3 млн
Организация
ОИВТ РАН
профинансировано
Тема
Проведение фундаментальных физических исследований экстремальных состояний, возникающих при взаимодействии мощного фемтосекундного лазерного излучения с веществом, и разработка новейших фемтосекундных технологий на установке: "Лазерный тераваттный фемтосекундный комплекс (ЛТФК) (рег. № 01-88)"
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
2,5 млн
Количество заявок
1
Тема
Проведение исследований состава, структуры и свойств веществ и перспективных материалов с использованием уникальных установок (мероприятие 1.8 Программы)
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
148,8 млн
Количество заявок
57
Тема
Получение наноструктурированных поверхностей металлов под воздействием импульса лазерного излучения путем контролируемого создания околокритического состояния металла в квазиизохорном процессе.
Продолжительность работ
2008, 2 мес.
Бюджетные средства
2,5 млн
Количество заявок
2
Тема
Проведение исследований с использованием высокоэнергетических уникальных установок и комплексов (мероприятие 1.8 Программы)
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
61,8 млн
Количество заявок
15
Тема
Проведение исследований физических и химических процессов с использованием уникальных стендов и установок в области энергетики и энергосбережения (мероприятие 1.8 Программы)
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
111,6 млн
Количество заявок
32