КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 22-29-20058

НазваниеИзучение пространственно-временных параметров лазерной плазмы в неоднородном электрическом поле высоковольтного разрядника

Руководитель Волков Николай Борисович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук , Свердловская обл

Конкурс №65 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-304 - Электрофизические процессы в жидкостях, газах и твердых диэлектриках

Ключевые слова коммутатор, лазерная плазма, электрическое поле

Код ГРНТИ29.27.29

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Высоковольтные коммутаторы широко используются в современном оборудовании, а коммутаторы с оптическим, в частности, с лазерным управлением имеют преимущество из-за гальванической развязки цепей управления и коммутируемых цепей. Такие устройства являются важной частью элементной базы мощных импульсных электрофизических установок. Подтверждением тому является патентная активность таких признанных мировых лидеров, как Национальная лаборатория Сандия (США) [1] или работы компании «Дженерал Электрик» (США) [2]. Целью данных работ, в частности, является снижение нестабильности и потерь при включении коммутаторов с оптическим управлением. Характеристики коммутаторов этого типа во многом определяются процессами формирования и развития индуцированной лазером плазмы, которая находится в сильно неоднородном электрическом поле приложенном к коммутатору. При генерации такой плазмы, даже без внешнего электрического поля, в ряде случаев наблюдалось появление нестабильности ее фронта [3]. Предварительные оценки показывают, что модель предложенная в работе [4] не описывает эти флуктуации, а также наблюдавшаяся нами нестабильность в нано- и субнаносекундном диапазоне [5]. С одной стороны, исследования поведения лазерной плазмы в электрическом поле с целью управления коммутатором с субнаносекундной точностью были предприняты в ряде работ, в частности, в [6], но без построения модели процессов и при умеренных давлениях (не более 6 атм). С другой стороны, в работе [7] теоретически было показано, что при давлениях до 40 атм область локального усиления поля может обеспечить возможность перехода части электронов плазмы в режим непрерывного ускорения. При этом отмечается, что ускорение этих электронов может дать более высокую скорость перекрытия разрядного промежутка. Наши предварительные оценки показывают, что начальная лазерная плазма создает такую область усиления поля. Тем самым, возможно создание условий для перехода части электронов такой режим. В работе [8] проведено моделирование формирования и развития лазерной плазмы ab initio, но данная модель (и ряд других) не учитывает режима непрерывного ускорения электронов, а также не описывает возникновение флуктуаций плазмы. С другой стороны, в работе [9] показано, что при воздействии лазерного излучения на плотную плазму возможно возбуждение в ней ионно-звуковой турбулентности. Авторам проекта не известны работы, в которых модель процессов формирования и развития плазмы инициированной лазерным излучением во внешнем электрическом поле учитывала бы это и родственные ему явления. Поэтому новизна запланированных в проекте работ заключается в выяснении условий и механизмов развития нестабильности лазерной плазмы с целью ограничения их роли при срабатывания разрядников в нано- и субнаносекундном диапазоне времен. Имеющийся у коллектива опыт и инструментальная база позволяют в настоящем проекте взяться за решение этой проблемы. Таким образом, целью предлагаемого проекта является в комплексное экспериментальное и теоретическое исследование процессов связанных с формированием и развитием лазерной плазмы в электрическом поле при повышенных давлениях для оптимизации работы высоковольтных сильноточных газовых разрядников с оптическим управлением. Литература к п. 1.4 1. Simpson S., Johns O., Rose C. E., Yalin A., Dumitrache C. / Photonic-Crystal-Fiber-Delivered Laser-Triggered High-Voltage Gas Switch // Patent US N 10 687 412 16.06.2020 2. Michael J. D., Sommerer T. J., Trotter J. F., Rahmane M., Younsi K. / Krypton-85-Free Spark Gap With A Discharge Probe // Patent US N 10 916 919 B2 09.02.2021 3. Липчак А.И., Соломонов В.И., Осипов В. В., Тельнов В.А. / Спектрально-временные характеристики лазерной плазмы // Квантовая электроника, 1995, 22, №4, стр. 367-373 4. Месяц Г.А., Осипов В.В., Волков Н.Б., Платонов В.В., Иванов М.Г. / Нелинейная динамика плазменного факела, генерируемого импульсом лазерного излучения большой длительности // Письма ЖТФ, 2003, том 29, вып. 18 стр. 54- 60 5. Липчак А. И., Барахвостов С. В. / Исследование стабильности включения сильноточного импульсного ускорителя с оптическим управлением. // ПТЭ, 2021, №3, стр. 40-44. 6. Frolov O., Kolacek K., Bohacek V., Straus J., Schmidt J., Prukner V. / Gas-filled laser-triggered spark gap // Czechoslovak Journal of Physics, 2004, 54(S3), pp. 309–C313; doi:10.1007/bf03166418 7. Mamontov Y.I., Lisenkov V.V., Uimanov I.V. / Investigation of electron transition into runaway mode in inhomogeneous electric field in various gas media.// Journal of Physics: Conference Series, 2019, 1393, 012014; doi:10.1088/1742-6596/1393/1/012014 8. Kushner M.J,. Milroy R.D., Kimura W.D. / A laser-triggered spark gap model, //J. Appl. Phys. 58 (1985) 2988. 9. Волков Н.Б. Скин-эффект, ионно-звуковая турбулентность и аномальный перенос в твердотельной плазме, генерируемой фемтосекундным лазером. // Письма в ЖТФ, 2001. Т. 21. Вып. 6. С. 40-49

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---