Лаборатория перспективных исследований по миллиметровому и терагерцовому излучению

Развернуто взаимодействие с исследовательскими и производственно-технологическими коллективами по разработке и изготовлению частотно-селективных приборов и устройств.

Научные результаты:

• Найден способ эффективной генерации электромагнитного излучения из плазмы в условиях коллективной релаксации пучка релятивистских электронов с током масштаба десяти килоампер. Получены мощные потоки излучения для области частот от 100 до 800 ГГц, установлены детали механизмов генерации потоков излучения. Получен поток субмиллиметрового излучения с рекордными параметрами: мегаваттная мощность при микросекундной длительности импульса.
• Проведены теоретические и экспериментальные исследования по одновременной генерации и транспортировке двух ленточных пучков релятивистских электронов в вакуумных щелевых каналах при различных ведущих магнитных с ондуляторной компонентой. Экспериментально доказана возможность синфазности колебаний на частоте 75 ГГц в двух таких параллельных каналах, работающих по принципу мазера на свободных электронах с токами пучков в единицы килоампер. Это открывает возможность двухстадийной генерации терагерцового излучения с использованием ленточных пучков.
• Созданы компьютерные программы и технологические решения для создания различных многослойных структур из микроструктурированных частотно-избирательных поверхностей, используемые для изготовления полосовых фильтров, поглотителей, поляризаторов и др. на область частот от 0.1 до 1.5 ТГц. Данные субволновые частотно-селективные поверхности применяются как дополнительные структуры в детекторах излучения, производимых на Новосибирском заводе полупроводниковых приборов.
• Отработана система ЭЦР-нагрева в ходе эксперимента на установке ГДЛ, оптимизирован режим работы гиротрона, продемонстрирована надежная работа системы. Достигнута температура электронов около 1 кэВ, что открыло перспективу создания мощного источника термоядерных нейтронов для безопасного гибридного реактора и для уничтожения радиоактивных отходов от работающих ядерных реакторов.
• Отработаны процедуры спекания с использованием мощного микроволнового излучения нано-композитных материалов (из перовскита и флюорита) со смешанной ионной электронной проводимостью. Такие материалы могут быть использованы как функционально структурированные катодные слои твердооксидных тонкопленочных топливных элементов.
• Экспериментально и теоретически исследована генерация терагерцового излучения большой мощности при коллективном торможении в плазме пучка релятивистских электронов с килоамперным током. Получен поток терагерцового излучения, который характеризуется рекордными параметрами - мегаваттная мощность при микросекундной длительности.

Внедрение результатов исследования:

• Разработан новый метод получения миллиметрового и субмиллиметрового излучения, основанный на трансформации плазменных волн, накачиваемых килоамперными пучками релятивистских электронов. Это дает возможность генерировать потоки субмиллиметрового диапазона с мощностью до гигаваттного уровня при микросекундной длительности импульса, что недоступно другими методами.
• Результаты исследований по электронному циклотронному нагреву плазмы в аксиально-симметричной магнитной ловушке позволяют перейти к разработке гибридного ядерно-термоядерного реактора с использованием ториевого топлива.
• Разработана методика компьютерных расчетов и технология изготовления частотно-селективных структур для миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. Такой способ позволяет создавать принципиально новые компактные квазиоптические приборы и устройства для этих диапазонов.
• Создана система визуализации скрытых объектов за счет регистрации изображения миллиметрового излучения, отраженного от них. Этот метод представляет интерес для создания систем досмотра в целях обеспечения безопасности и систем контроля за технологическими процессами.
• Разработанные субволновые частотно-селективные структуры используются в качестве дополнительных компонентах в матричных детекторах излучения, производимых на Новосибирском заводе полупроводниковых приборов.
• Материалы, полученные микроволновым синтезом, применимы в качестве катода в топливных ячейках, а также ионопроводящих мембран, что представляет большой интерес для развития водородной энергетики.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Лаборатория перспективных исследований по миллиметровому и терагерцовому излучению в 2018 году включена в состав Аналитико-технологического исследовательского центра физического факультета НГУ.

Образование и переподготовка кадров:

В период реализации проекта в научных исследованиях лаборатории ежегодно принимали непосредственное участие 17-18 аспирантов и более 30 студентов.

Сотрудничество:

Институт ядерной физики Сибирского отделения РАН (Россия), Институт прикладной физики РАН (Россия), Институт импульсной мощности и микроволновой технологии в Карлсруэ Института технологий (Германия), Центр коллективного пользования приборами и оборудованием «Высокие технологии и аналитика наносистем НГУ» (Россия), Институт физики полупроводников Сибирского отделения РАН (Россия), АО «Новосибирский завод полупроводниковых приборов с ОКБ» (Россия), Национальный исследовательский университет ИТМО (Россия), Публичный университет Наварры (Испания), Бирмингемский университет (Великобритания): совместные научные исследования, опытно-конструкторские разработки и научные публикации.