«Лаборатория энергетики мощных лазеров» ИЛФ СО РАН берет свое начало с  1972 года, когда по инициативе тогдашнего директора Института Теоретической и Прикладной Механики СО АН СССР члена-корреспондента АН СССР Солоухина Рема Ивановича был приглашен из Института Ядерной Физики СО АН СССР молодой ученый,кандидат физико-математических наук  Пономаренко Арнольд Григорьевич. Он и возглавил, вновь созданную, «Лабораторию физики плазмы и космического моделирования». В это же время началось создание экспериментального комплекса «КИ-1» («Космические Исследования -1») для лабораторного моделирования нестационарных процессов в космической плазме, и данный стенд до настоящего времени успешно работает, развивается и является уникальным не только в России, но и в мире.

        Возможно, идея создания такого стенда родилась еще при их совместной  работе в ИЯФ СО АН СССР. На фотографии А.Г. Пономаренко вместе с Р.И. Солоухиным и Р.З. Сагдеевым могли обсуждать такую идею.

        Объектами моделирования на Стенде КИ-1 являются магнитосфера и ионосфера Земли, плазма Солнечного ветра, плазмосферы горячих экзопланет, а также лазерно-плазменные технологии, в том числе для создания космических плазменных двигателей.

Направления исследований:

Лабораторное моделирование космической плазмы

        Большая часть вещества во Вселенной представлена плазмой, и освоение космического пространства, начиная с околоземного, невозможно без изучения плазменных процессов, которые имеют принципиально динамический характер. Вот некоторые направления, которые изучаются в лаборатории:

  • взаимодействие Солнечного ветра и корональных выбросов массы с магнитосферой Земли
  • генерация волновых возмущений в ионосфере Земли
  • бесстолкновительные ударные волны
  • энергичные выбросы плазмы в геомагнитном поле

        Лабораторное моделирование плазменных процессов является важным инструментом получения экспериментальных данных, труднодоступных для прямых измерений в космосе. Лабораторное моделирование основано на принципе физического подобия, согласно которому при масштабировании системы с условием соблюдения равенства главных безразмерных параметров задачи, процессы в системе протекают аналогичным образом. Эксперименты проходят на уникальном Стенде «КИ-1», который включает следующие под-системы:

  1. Крупногабаритная (∅2×5 м) высоковакуумная (10-6 Торр) камера из нержавеющей стали, снабженная соленоидом ∅1.2 м для создания внутри нее однородного магнитного поля величиной до 1000 Гс.
  2. Комплекс источников СО2 лазерного излучения, включающий
    1. Генератор ЗГ-2 с энергией в излучении ~300 Дж в импульсе ~ 0,1мкс.
    2. Трехкаскадный усилитель ЛУИ-2М с энергией до 1 кДж с изменяемой длительностью импульса 0,1мкс.
  3. Оптическая трасса и система фокусировки излучения в камере КИ-1 с возможностью разделения до четырех лучей для создания различных облаков лазерной плазмы, в том числе сферических, с энергией до 100 Дж, числом ионов ~1018 и скоростью до 300 км/с.
  4. Квазистационарный источник плазмы, заполняющий камеру высокоионизованной фоновой плазмой с концентрацией 1012-1014 см-3и скоростью ~100 км/с.
  5. Диагностический комплекс для измерения основных параметров плазмы: температуры, концентрации, вариаций магнитного поля, конфигураций возмущений и потоков плазмы, состава плазм, спектрального свечения ионов плазмы. Измерения выполняются следующими устройствами:
  • электрические и трехкомпонентные магнитные зонды
  • коллектора потоков заряженных частиц
  • СВЧ-зонд
  • быстрое многокадровое электронно-оптическое фотографирование с экспозицией от 5 нс и более
  • спектральная диагностика с использованием монохроматора, ФЭУ и ПЗС-линейки.

Фотографии Стенда КИ-1 с СО2 лазерным комплексом и с вакуумной камерой

        Численное моделирование взаимодействия атмосфер горячих экзопланет с излучением и плазменным ветром родительских звезд

        Экспериментальные исследования космической плазмы в лаборатории всегда сопровождались численным моделированием на суперкомпьютерах. Были разработаны уникальные трехмерные кинетические коды, при взаимодействии с зарубежными учеными, для расчета взаимодействия разлетающихся облаков плазмы с замагниченным фоном. С 2010 г. в лаборатории, при участии молодых ученых и коллег из Австрийской академии наук, интенсивно развивается численное моделирование новых объектов в астрофизике – экзопланет. Для изучения процессов, происходящих в атмосфере горячих экзопланет, был разработан  уникальный газодинамический код, который способен моделировать многокомпонентное истечение планетарной атмосферы и его взаимодействие с межзвездной средой, а также рассчитывать спектры поглощения для сравнения с наблюдениями наземными и космическими телескопами.

Атмосферное течение экзопланеты HD209458b в потоке плазмы родительской звезды

Тематические конференции

  • Международная конференция «Физика плазмы в Солнечной системе» (ИКИ РАН, Москва, Россия)
  • European Planetary Science Congress (EPSC)
  • IAU Symposia
  • Moscow Solar System Symposium (IKI RAS, Moscow, Russia)
  • Школа молодых ученых по экзопланетам (ИНАСАН, Россия)

Курсовые и дипломные работы

  • «Определение функции пропускания интерференционного спектрального фильтра»
  • «Исследование влияния аппаратных погрешностей спектрального прибора на ширину спектральной линии»
  • сборка и калибровка магнитных зондов для плазменных экспериментов

        Тема дипломной работы коррелирует с проводимыми в текущий момент экспериментами.