сегодня: 20.10.2020

[сделать стартовой]

Рубрики
Общество
Экономика
Политика
Спорт
Наука
Культура
Образование
Здравоохранение
Информационные технологии
Силовые структуры
Криминал
Происшествия
Экология
Недвижимость
Нск-риэлт
Байкал
Национальные проекты
Лес - богатство Сибири
Нефть и газ Сибири
Сибирский уголь
Научно-технический прогресс
Сибиряки
Мир вокруг нас
Интервью
Актуально

Сибирский федеральный округ
Наука и жизнь

Луна образовалась в результате ядерного взрыва


Видеокамеры для "супермена"


"Конец света" в прямом смысле слова


Земные океаны и атмосфера появились благодаря метеоритной бомбардировке


Солнце на Земле


Искусственный интеллект совсем рядом



ТОП-20 инженерных чудес света



Четвероногий друг


Новости Байкала

2020-09-23 14:18:00 /РИА "Сибирь" /Новосибирск

Новосибирские ученые-теоретики объяснили уникальный эксперимент




Чем больше коллайдер, тем выше энергия столкновения частиц, и тем больше открывается новых областей для исследования. Но ставка на сверхвысокие энергии - это дорого и сложно. Поэтому в физике развиваются другие методы, один из них - кильватерное ускорение, при котором пучок частиц ускоряется электрическим полем плазменной волны, возбуждаемой драйвером. В лаборатории SLAC (США) впервые в мире была измерена долговременная динамика плазменной кильватерной волны.

Эксперимент помогли интерпретировать теоретики Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН. Они рассчитали динамику волны до 1500 пикосекунд, что в 40 раз превосходит результаты других теоретических групп.

Оказалось, что более 80% начальной энергии волны остаётся в плазме и переходит в энергию ее разлёта. Это делает оценки некоторых параметров будущих кильватерных ускорителей менее оптимистичными, чем считалось ранее. Статья об этом опубликована в Nature Communications.

Ускорители элементарных частиц - один из главных инструментов фундаментальной науки в исследовании материи, также они применяются в прикладных областях. Но современные задачи ставят все более высокие требования к энергии ускоряемых частиц. Крупнейшие современные установки имеют характерные размеры в несколько километров, а их создание и обслуживание обходится в миллиарды долларов. При этом классические технологии, по которым строятся ускорители, приближаются к своему пределу. Это заставляет искать альтернативные методы, например, плазменное кильватерное ускорение. Идея кильватерного ускорения в плазме возникла в 70-х годах прошлого века, а название метода появилось из-за аналогии со следом на поверхности воды, который остается за кормой идущего судна. Пучок-драйвер, проходя через плазму, создает в ней волну и таким образом разгоняет электроны, летящие следом.

В эксперименте SLAC, предназначенном для уточнения механизмов кильватерного ускорения, в камеру с газом был направлен электронный пучок, поле которого настолько сильное, что разрывает связи между электронами и ионами атомов газа, в результате чего образуется плазма. В плазме хвостом пучка возбуждается кильватерная волна большой энергии.

"Главной целью эксперимента было наблюдение эволюции плазмы на больших временах, - прокомментировал аспирант НГУ Вадим Худяков. - Также физики пытались установить, каким образом энергия волны перераспределится после её затухания в плазме, и как она покинет камеру. Это нужно для ответа на важный технический вопрос: с какой частотой может работать кильватерный ускоритель, ведь между выстрелами вся энергия предыдущей волны должна быть удалена из камеры. В камеру специальным образом посылали лазерное излучение так, что плазменный канал оказывался для него непрозрачен, что давало тёмное пятно на изображениях. По размерам и скорости роста пятна можно судить, сколько энергии остаётся в плазме, и как быстро она достигнет стенок камеры".

Константин Лотов, доктор физико-математических наук, профессор НГУ, главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН отметил, что эксперимент получился сложный не только в постановке, но и в обработке: "Его ставили признанные мастера своего дела. Темное пятно на экране расширялось намного быстрее, чем можно было ожидать из сколько-нибудь разумных соображений. Оказалось, что за быстрым ростом пятна стоит много новых эффектов, о которых раньше никто не подозревал. Для объяснения эксперимента объединили свои усилия две ведущих вычислительных команды: теоретики из Лиссабонского университета (Португалия) с кодом OSIRIS, и мы c программой LCODE. У них была возможность рассчитать, что происходит в плазме на начальных временах (до 40 пикосекунд). Мы же рассчитали динамику до 1500 пикосекунд - в 40 раз дальше португальцев и всего мира, и в итоге добились количественного согласия с экспериментом".

Плазма имеет давление гораздо большее, чем у окружающего газа, и неизбежно начинает разлетаться к стенкам, но естественная оценка скорости этого разлёта не соответствовала наблюдаемой, и количества этой плазмы не хватило бы для пятна такого размера. Стало очевидно, что возникает большое количество новой плазмы, то есть происходит дальнейшая ионизация газа, пояснил Вадим Худяков.

LCODE - программа, разработанная в ИЯФ СО РАН под руководством Константина Лотова. Она предназначена для численного моделирования взаимодействия плазмы с пучками заряженных частиц при параметрах реальных экспериментов по кильватерному ускорению. С одной стороны, она позволяет сравнивать результаты экспериментов и моделирования и удостовериться, что физики правильно понимают происходящие явления. С другой, код помогает подсказать оптимальные параметры установок для будущих экспериментов и приблизиться к практической реализации кильватерного ускорителя. За счет использования оригинальных физических моделей LCODE существенно уменьшает время моделирования и позволяет рассматривать процесс на временах, недоступных другим, более «прямолинейным» кодам.

"Как только была высказана идея об ионизации газа разлетающейся плазмой, возникла необходимость учесть это в LCODE, - комментирует Вадим Худяков. - Но ионизация - сложный процесс, который может проходить разными способами, моей задачей и было составить правильную физическую модель и учесть все эти способы, а потом реализовать в программе LCODE. В итоге нам удалось достигнуть количественного согласия роста пятна в эксперименте и в нашем моделировании. Эксперимент (ввиду технической сложности) даёт гораздо меньше информации, чем моделирование, но когда получено согласие, можно доверять той дополнительной информации и ответить на интересующие вопросы. В моделировании мы выяснили, что в самом начале волна выбрасывает часть электронов из плазмы, в этом случае плазма расширяется не из-за собственного давления, а из-за того, что становится заряженной. Скорость такого разлёта оказывается гораздо выше, а совместное действие разных способов ионизации объясняет появление новой плазмы. Главным результатом оказалось то, что более 80% начальной энергии волны остаётся в плазме и переходит в энергию этого разлёта. Это делает оценки возможной частоты выстрелов менее оптимистичными, чем считалось ранее".

Авторы отмечают, что в моделировании также было замечено много нетривиальных эффектов, объяснением которых они планирует заниматься в будущем. В диагностике текущего эксперимента их было невозможно наблюдать, но они могут сыграть роль в последующих, более тонких наблюдениях, подчеркнула руководитель пресс-службы ИЯФ СО РАН Алла Сковородина.



Cмотрите также:  Наука  Новосибирская область
Архив
пн вт ср чт пт сб вск
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
 
Поиск по сайту
Что? Где? Когда?
*******

С 27 по 30 октября 2020 года в наукограде Кольцово пройдет форум "OpenBio-2020"

******

29-30 октября 2020 года в Кемерово пройдет Сибирский форум "Цифра в культуре и искусстве"

******

Со 2 по 7 ноября 2020 года в Приангарье пройдет фестиваль искусства "Территория. Иркутск"

******

С 9 по 14 ноября 2020 года в Новосибирске пройдет Неделя "Стрелки"

*****
Сохраним Байкал!

Экологический кризис на Байкале: новый эпизод с сине-зелеными водорослями
Все о клещах

Новосибирские ученые: как уберечься от заболеваний, переносимых клещами

Планета Земля

2036 год: Апофеоз или Апокалипсис?


Катастрофы: возможность или неизбежность
Реклама

Универсальная вебкамера за 1190 рублей, функция автоматической записи
*******
О проекте Контакты Партнеры  
Rambler's Top100
Copyright © 2004-2020 РИА "Сибирь"
E-mail: rian@cn.ru
Телефон: 8(383) 214-20-12