Лаборатория «Взаимодействие плазмы с поверхностью и плазменные технологии»

Научные результаты:

• Выполнены экспериментальные исследования распыления и переосаждения материала стенки, а также захвата дейтерия перепыленными слоями, в том числе в теневых областях в токамаке JET.
• Выполнены экспериментальные исследования взаимодействия водорода с радиационными дефектами в вольфраме методами термодесорбционной спектроскопии, ядерных реакций и резерфордовского рассеяния.
• Исследованы особенности захвата и освобождения дейтерия при высоких импульсных потоках плазмы.
• Выполнены экспериментальные исследования по соосаждению дейтерия и лития в виде пленок при распылении литиевых капиллярно-пористых структур в дейтериевой плазме.
• Выполнен цикл экспериментов и численных расчетов по исследованию обратного газовыделения и термодесорбции дейтерия под воздействием низкоэнергетичных ионов дейтерия.
• Выполнены теоретические исследования для объяснения эффекта аномального выхода водорода после срыва в токамаках.
• Выполнены теоретические исследования переноса в периферийной плазме в токамаке.
• Выполнены теоретические исследования влияния рециклинга газа на стенках камеры токамака газа на реконструкцию пьедестала плазмы после краевых локализованных неустойчивостей в токамаках.
• Выполнены работы по развитию компьютерного кода ERO для расчета транспорта частиц после их распыления со стенок в плазменных установках.
• Выполнен цикл исследований по численному моделированию термодесорбционных спектров дейтерия и гелия после ионного и плазменного внедрения в твердое тело.
• Выполнены расчеты особенностей соосаждения дейтерия и углерода на вольфраме и удержания дейтерия в соосаждаемых пленках.
• Выполнено численное моделирование особенностей накопления водорода в диверторе ИТЭР в присутствии радиационных дефектов и градиента температуры.
• Выполнено теоретическое изучение поперечного транспорта плазмы в режиме отрыва.
• Выполнено моделирование взаимодействия азота с вольфрамом методом молекулярной динамики.
• В рамках теории функционала плотности выполнены расчеты диффузии водорода, взаимодействия водорода с дефектами и устойчивости радиационных дефектов в присутствии водорода и гелия в вольфраме.
• Выполнены работы по изучению магнетронного разряда в парах металла и исследованы особенности покрытий, наносимых в таком разряде, в сравнении с покрытиями, наносимыми в классическом газовом магнетронном разряде.
• Исследованы особенности импульсно-периодического разряда в трубках в аномальном тлеющем разряде.
• Выполнены экспериментальные исследования по десорбции азота из сталей после плазменного азотирования.
• Выполнены экспериментальные исследования перераспределения легирующих элементов в сталях и титановых сплавах после высокотемпературного плазменного азотирования.
• Разработаны технологии плазменного упрочнения сталей и титановых сплавов.
• Разработаны технологии создания пористой поверхности титановых зубных имплантов.
• Проведено исследование содержания ионов и возбужденных атомов азота в смесях азота с водородом, гелием и аргоном применительно к технологии плазменного азотирования.
• Разработана технология объемной модификации свойств поверхности пористых материалов применительно к повышению смачиваемости и емкости угольных электродов суперконденсаторов.
• Исследованы разряды в трубках, стимулированных коаксиальным электронным пучком.
• Разработана технология нанесения прозрачных и устойчивых к истиранию олеофобных покрытий для защиты поверхности энергоэффективных стекол от механических повреждений и масляных загрязнений.
• Создан комплекс для комбинированной диагностики технологической плазмы с помощью оптической спектроскопии, масс-спектрометрии и методов газового анализа.
• Создана высокочастотная плазменная установка для обработки поверхности методами распыления, импульсного ионного внедрения при погружении в плазму и азотирования.
• Создана экспериментальная установка с тремя пучками (масс-сепарированные пучки ионов D, ионов He и пучка нейтралов D).
• Создана установка для нанесения покрытий методом магнетронного распыления с одновременным ассистированием ионами, электронами, а также ВЧ-плазмой.
• Создана установка с аномальным тлеющим разрядом для исследования плазменного азотирования сталей и сплавов.
• Модернизирован сверхвысоковакуумный термодесорбционный стенд.
• Создана лаборатория пробоподготовки образцов для исследований после технологической обработки в плазме.
• Создана металлографическая лаборатория для исследований свойств поверхности после нанесения покрытий, азотирования и модификации поверхности, включающая методы оптической микроскопии, электронной микроскопии, измерения твердости и скретч-тестов.

Образование и переподготовка кадров:

• Проведены 5 международных конференций: VIII-XXI конференции «Взаимодействие плазмы с поверхностью» (2015-18 гг.), в которых приняли участие около 300 иностранных ученых и 23 Международная конференция Взаимодействие ионов с поверхностью (ВИП-2017, в которой приняли участие около 200 российских и иностранных ученых.
• Проведены 4 международные научные школы: I-IV International Summer School on the Physics of Plasma-Surface Interactionв (2014, 2016-18 гг.), в которых приняли участие около 250 российских и иностранных ученых.
• Проведен 1 симпозиум в 2017 г. 5^th International Symposium on Liquid Metals Applications for Fusion (ISLA-2017), в котором приняли участие около 80 российских и иностранных ученых.
• Защиты: 1 докторская диссертация, 9 кандидатских диссертаций, 8 выпускных квалификационных работ магистра, 6 выпускных квалификационных работ бакалавра, 11 дипломных работ специалиста.
• Разработаны и внедрены в образовательный процесс 5 курсов. В рамках бакалавриата: Физический семинар на английском языке (автор Писарев А.А.), Атомные столкновения на поверхности (автор Гаспарян Ю.М.), Основы программирования на С++ для решения физических задач (автор Маренков Е.Д.), Математическое моделирование плазменных процессов (автор Маренков Е.Д.). В рамках магистратуры: Специальные главы физики плазмы (автор Степаненко А.А.)

Сотрудничество:

• Европейская программа Erasmus Mundus: стажировки студентов и аспирантов по программе термоядерных исследований в университетах Европы.
• Институт физики Общества Макса Планка (Германия): проведение цикла исследований по изучению взаимодействия водорода с дефектами структуры вольфрама и стали и по изучению накопления водорода в различных областях токамака JET.
• RUBIG Gmbh (Австрия): совместные исследования плазменной химико-термической обработки сталей и сплавов.
• Institute of Surface Modification (Германия): совместные исследования нанесения сложных оксинитридных покрытий.
• Joint European Torus (Великобритания): совместное проведение цикла исследований по переносу примесей в пристеночной области токамака и иммобилизации водорода в конструкции токамака.
• Калифорнийский университет в Сан-Диего (США): совместное проведение цикла исследований по поведению водорода в материалах термоядерных реакторов, переносу частиц в периферийной плазме, влиянию рециклинга топлива на плазму.
• Университет Иллинойса (США): совместное проведение цикла исследований по смачиваемости металлических подложек жидким литием и поведению жидкометаллических капиллярно-пористых структур под воздействием плазмы
• Нагойский университет (Япония): совместные исследования условий формирования и свойств нитевидных образований в виде пуха на поверхности вольфрама при облучении ионами гелия и гелиевой плазмой.
• Институт ядерной физики Республики Казахстан (Казахстан): совместные исследования взаимодействия плазмы с поверхностью, совместные работы для казахстанского материаловедческого токамака КТМ.
• Троицкий институт инновационных исследований (Россия): совместные исследования взаимодействия плазмы с поверхностью в термоядерных установках, совместные исследования модификации поверхности в плазме тлеющего и высокочастотного разряда.
• Институт физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН (Россия): совместные исследования по разработке технологии обработки пористых материалов в плазме.
• ООО «Пилкингтон Гласс» (Россия): разработана технология нанесения прозрачных, износостойких олеофобных покрытий на энергоэффективные стекла.
• Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А. А. Бочвара (Россия): совместное исследование поведения дейтерия в бериллии после облучения плазмой.