Ученые МИФИ научили хаос работать

Группа специалистов Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» разработала проект, способный изменить облик космической отрасли и радиационных технологий.

Как объяснил заведующий кафедры физики плазмы университета Юрий Гаспарян, в любой плазменной установке - как в промышленных магнетронных распылительных экспериментальных термоядерных реакторах, так и в ионных двигателях - на границе между плазмой и стенкой камеры происходит обмен зарядами. Если электрод обладает высокой вторичной эмиссией, этот процесс может становиться неустойчивым: возникают колебания тока и напряжения, которые традиционно считаются опасными и приводят к срывам плазмы, выходу из строя блоков питания и разрушению оборудования.

- Мы пытаемся не избавиться от этих эффектов, а использовать их, - пояснил Юрий Гаспарян. - В предлагаемой нами системе высокочастотные колебания формируются за счет самой плазмы и плазменно-поверхностного взаимодействия внутри камеры двигателя без внешних генераторов, фидерных линий и согласующих устройств.

Секрет технологии проекта кроется в нанесении тончайшего слоя на поверхности электрода. В качестве этого слоя ученые используют такие металлы, как, например, алюминий. В результате формируется оксидная пленка толщиной около 50 нанометров.

По словам старшего научного сотрудника кафедры физики плазмы университета Ивана Сорокина, эта пленка в совокупности с плазмой работает как широкополосный усилитель.

- В ней возникает электрическое поле, которое позволяет электронам из металла туннелировать, - сказал Иван Сорокин. - Часть электронов оседает на поверхности для перезарядки, а большая часть уходит в вакуум.

Полученная разработка может применяться в производстве плазменных ракетных двигателей для космических кораблей, используемых при межпланетных перелетах.

- При использовании в космосе очень важно, что у конструкции резко сокращаются габариты и вес, - отметил Иван Сорокин.

Сейчас в ядерном университете собран макет установки мощностью до 10 киловатт, ученые подбирают оптимальные режимы и исследуют работу на различных газах.

Помимо космической отрасли разработка может использоваться в ионной имплантации при внедрении ионов на большую глубину в твердые тела для создания новых материалов, управляемой рентгенографии для гибкого регулирования энергии и частоты излучения.

По мнению Ивана Сорокина, в промышленности до сих пор нет понимания, почему в мощных магнетронах на алюминиевых электродах самопроизвольно возникают высокочастотные колебания, которые буквально сжигают дорогостоящую электронику.

- Это явление пока слабо изучено, поэтому для нас, как физиков, открывается огромный простор для творчества. Мы превращаем то, что ломало оборудование, в инструменты для создания тяги и сверхмощных импульсов, – заявил ученый.

Мона Платонова.

Фото МИФИ