В СВЧ-диапазоне предсказали существование волн-убийц

отметили
40
человек
в архиве
В СВЧ-диапазоне предсказали существование волн-убийц

Ученые из нижегородского Института прикладной физики РАН теоретически показали возможность создания так называемых волн-убийц в мощных источниках СВЧ-излучения, известных как гиротроны. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.


Волнами-убийцами называют всплески необычно высокой амплитуды, неожиданно возникающие на фоне относительно небольшого волнения. Впервые волны-убийцы наблюдались на поверхности воды в открытом океане, а свое название они получили из-за существенного ущерба, который они могут нанести судну или одиноко стоящей нефтедобывающей платформе.

С точки зрения физики в случайно колеблющейся среде всегда есть вероятность появления волн высокой амплитуды. Однако частота появлений волн-убийц чересчур велика, чтобы объяснить их просто случайностью. Эта загадка, долгое время существовавшая в науке, была решена не так давно. Оказалось, что волны-убийцы — следствие нелинейных свойств наблюдающихся волн, то есть их возникновение объясняется тем, что результат сложения двух волн, пришедших в некую точку, не является простой арифметической суммой этих волн — волны меняют свойства среды, в которой они распространяются (например, меняют толщину водного слоя в случае волн на воде), что меняет условия распространения самих этих волн.

Поскольку нелинейные волны могут наблюдаться не только на воде, но и в других системах, ученые стали искать волны-убийцы и в них. Эти поиски увенчались успехом: резкие всплески на фоне случайного волнения наблюдались в жидком гелии, оптике, полупроводниковых и волоконных лазерах, плазме и других средах.

Группа, работающая в Институте прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде, специализируется на физике СВЧ-генераторов. Главным объектом их исследования являются гиротроны — мощные СВЧ-излучатели, способные создавать микроволновые импульсы мощностью до нескольких мегаватт. Одно из главных назначений гиротронов — нагрев плазмы в установках термоядерного синтеза. Ученые решили посмотреть, нельзя ли пронаблюдать волны-убийцы и в СВЧ-диапазоне.

Гиротрон фирмы ГИКОМ для ITER на испытательном стенде в Курчатовском институте. ГИКОМ должен будет поставить восемь таких устройств для этого мегапроекта.

Проведённые теоретические оценки показали, что это, действительно, возможно. Для этого необходимо повышать ток электронов, которые собственно и генерируют СВЧ-излучение в гиротронах, до такой величины, чтобы устройство перешло в режим развитой турбулентности. В этом случае, как показано в работе, в излучении могут наблюдаться всплески, мощность которых в 100-150 раз превышает среднюю мощность излучения и в 6-9 раз — мощность возбуждающего электрического тока.

Зависимость мощности излучения от времени (справа) и распределение всплесков по мощности (слева) для трех значений электронного тока: докритического, критического и надкритического. В последнем случае наблюдается развитая турбулентность и генерация волн-убийц, хорошо видных на правом графике.

 
Эти выкладки были дополнительно проверены путем полноразмерного трехмерного численного моделирования с использованием специального кода КАРАТ.

Результат, полученный численным моделированием. Сверху — зависимость мощности излучения от времени. Снизу слева — распределение мощности всплесков по мощности. Снизу справа — спектр излучения.

С практической точки зрения полученные результаты интересны в первую очередь возможностью создать сверхмощный источник СВЧ-излучения. При этом необходимые для экспериментальной реализации нужного режима работы электронные пучки могут быть получены при помощи стандартных магнетронных пушек, использующихся в существующих гиротронах.

Артем Коржиманов

Добавил X86 X86 [БАН] 28 Июля
проблема (2)
Комментарии участников:
oleg_ws
+2
oleg_ws, 28 Июля , url

Судя по описанию, очень под него подходит описание резонанса аккустической волны.

т-111
+2
т-111, 29 Июля , url

Мощные СВЧ-излучатели, это как мощные лезерные установки!

Сколько МВт надо для этого процесса, и какая эффективность будет?

Вот, в этом весь вопрос...



Войдите или станьте участником, чтобы комментировать