Лаборатория лазерных разрядов. Юбилейные материалы и достижения 2015–2025 к 60-летию ИПМех РАН
Наиболее значимые результаты за 2015–2025 гг.
- Непрерывный оптический разряд (НОР)
Проведено исследование пульсаций яркости плазмы непрерывного оптического разряда (НОР), связанной с неустойчивостью термогравитационной конвекции вокруг НОР. Получены зависимости частоты пульсаций и условного радиуса конвективного факела от давления. Получен закон подобия, связывающий частоту регулярных колебаний НОР, вызванных неустойчивостью термогравитационной конвекции, с условным радиусом конвективного факела. Исследована природа возникновения регулярных пульсаций НОР. Полученные результаты могут быть полезны для исследования оптических разрядов и улучшения параметров широкополосных лазерно-плазменных источников излучения высокой яркости на их основе. Разработаны способы повышения стабильности излучения НОР, получены патенты на изобретения.
Теневые картины, показывающие движение
и рост пузырька горячего газа вокруг НОР
и образование тороидального вихря
в течении одного периода пульсации
Пульсации конвективного
факела НОР
Распределение плотности
в конвективном факеле_НОР
Распределение скорости
потоков в конвективном
факеле НОР
Распределение температуры
в конвективном факеле НОР
- Kotov M.A., Lavrentyev S.Yu., Shemyakin A.N., Solovyov N.G., Yakimov M.Yu.
Oscillations of convective flow around a continuous optical discharge in high-pressure xenon
// Plasma Sources Science and Technology. 2022. Vol. 31. No. 12. Paper 124002.
DOI: 10.1088/1361-6595/aca42f
- Kotov M.A., Lavrentyev S.Yu, Solovyov N.G., Shemyakin A.N., Yakimov M.Yu.
Dynamics of laser plasma convective plume in high pressure xenon
// Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1675. Paper 012073.
DOI: 10.1088/1742-6596/1675/1/012073
- Импульсно-периодический оптический разряд (ИПОР)
Впервые проведено исследование самовоздействия импульсно-периодического оптического разряда, возникающего вследствие возбуждения резонансных акустических колебаний в замкнутом разрядном объеме; установлено, что наряду с нарушением стабильности и повторяемости ИПОР акустические колебания могут приводить к стабилизации ИПОР с подавлением конвективных пульсаций. Получены патенты на изобретения для стабилизации излучения ИПОР.
Рассчитанные изоповерхности акустического
давления на собственной частоте
(красные и синие поверхности),
схема акустических течений
(черные стрелки)
и направление стабилизации
конвективного факела
импульсно-периодического
оптического разряда
Нерегулярные пульсации
конвективного факела ИПОР
- Kotov M.A., Lavrentyev S.Yu, Solovyov N.G., Shemyakin A.N., Yakimov M.Yu.
Acoustic resonances in a pressurized discharge volume with xenon and instabilities of periodic-pulse optical discharges
// Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1698. Paper 012018.
DOI: 10.1088/1742-6596/1698/1/012018
- Лазерно-индуцированные потоки в жидкостях и газах
Впервые экспериментально получены квазистационарные направленные потоки газа из зоны импульсно-периодического оптического разряда в сфокусированном луче фемтосекундного лазера; доказано, что интенсивность и направление газовых потоков определяется формой области диссипации энергии разряда; предложен способ управления направлением индуцируемых газовых потоков за счет настройки оптики, фокусирующей лазерное излучение.
Впервые наблюдались направленные потоки в жидкостях под действием излучения фемтосекундного импульсно-периодического лазера; показано, что направление и форма наблюдаемых потоков зависит от формы области диссипации энергии, изменяющейся в зависимости от настройки фокусирующей оптики и степени самофокусировки излучения в жидкости; наряду с различиями, установлены общие черты поведения потоков, порождаемых импульсно-периодическим оптическим разрядом в жидкостях и газах высокого давления, которые могут указывать на сходные динамические механизмы генерации струйных течений.
Различные формы конвективных потоков
в аргоне из области фокуса лазерного
излучения при разной настройки
фокусирующей оптики
Образование продольных
и поперечных потоков
в тетрахлорметане
при наличии нескольких
перетяжек, образующихся
в результате самофокусировки
лазерного излучения
Лазерно-индуцированные
потоки в тетрахлорметане
при самофокусировке
Лазерно индуцированные
потоки в газе
Лазерно индуцированные
потоки в воде в отсутствие
самофокусировки
Лазерно индуцированные
потоки в воде
при самофокусировке
- Androsenko V.N., Kotov M.A., Solovyov N.G., Shemyakin A.N., Yakimov&nbep;M.Yu.
Gas flows generated by pulse-periodic optical breakdown and quiet optical discharge
// Physics of Fluids. 2024. Vol. 36. No. 10. Paper 104112.
DOI: 10.1063/5.0229754
- Лаврентьев С.Ю., Соловьев Н.Г., Шемякин А.Н., Якимов М.Ю.
Лазерно-индуцированные потоки в жидкостях в зависимости от условий фокусировки излучения фемтосекундного лазера
// Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2019. Т. 20. № 3.
DOI: 10.33257/PhChGD.20.3.852
- Эффективные лазерно-плазменные источники излучения
Разработан оригинальный метод стабилизации плазмы оптического разряда в скрещенных сфокусированных пучках диодных лазерных модулей, отличающийся рядом преимуществ, и создан на его основе широкополосный источник излучения. Устройство позволяет реализовать непрерывный, импульсно-периодический и гибридный режимы поддержания оптического разряда, расширяющие диапазон его применения.
Разработаны многолучевые схемы поддержания оптического разряда, позволяющие добиваться высоких интенсивностей излучения оптического разряда, что является востребованным при его применениях в источниках излучения. Получены патенты на изобретения.
Успешно реализованная и отработанная схема теневой визуализации с плазмой непрерывного оптического разряда в качестве точечного источника излучения высокой яркости позволяет получать качественные теневые изображения при скоростной видеосъемке.
Лазерно-плазменный источник
широкополосного излучения ЛПИ-50
Исследования мощного оптического разряда
для применения в производстве микроэлектроники
- Зимаков В.П., Кузнецов В.А., Лаврентьев С.Ю., Соловьев Н.Г., Шемякин А.Н., Шилов А.О., Якимов М.Ю.
Новые возможности применения оптических разрядов в аэрофизическом эксперименте
// Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2016. Т. 17. Вып. 2.
chemphys.edu.ru/issues/2016-17-2/articles/653
- Androsenko V.N., Kotov M.A., Solovyov N.G., Shemyakin A.N., Yakimov M.Yu.
Properties of a continuous optical discharge sustained by short-wave infrared laser radiation in high pressure argon
// Journal of Physics D: Applied Physics. 2024. Vol. 57. No. 47. Paper 475203.
DOI: 10.1088/1361-6463/ad6f23
- Внутрисосудистые стенты из биодеградируемых полимеров
Совместно с лабораторией механики технологических процессов и ООО "Биостен" разработаны и запатентованы методы изготовления трубчатых заготовок из раствора полимера.
Предложены и отработаны способы лазерной обработки фемтосекундным лазером трубчатых заготовок с целью изготовления внутрисосудистых стентов. Разработаны дизайны коронарных стентов из биодеградируемых полимерных материалов, изготовленные экспериментальные образцы. Разработаны и изготовлены экспериментальные образцы стентов для желчных протоков. Разработан дизайн и способ доставки ауксетических стентов, получены патенты на изобретения.
Срез трубок, созданных
из раствора полимера
методом послойного
наращивания при вращении
Экспериментальный образец
коронарного стента из
биодеградируемого полимера
Экспериментальный образец
коронарного стента из
биодеградируемого полимера
на средстве доставки
- Легонькова О.А., Григорьев М.М., Винокурова Т.И., Маринова Л.А., Чжао А.В., Лаврентьев С.Ю., Ченцов А.В., Соловьев Н.Г., Лисовенко Д.С.
Поведение линейных полиэфиров в модельных условиях желчных протоков
// Все материалы. Энциклопедический справочник. 2020. No. 9. C. 22-28.
EDN: NJZFTJ
= Legon'kova O.A., Grigor'ev M.M., Vinokurova T.I., Marinova L.A., Zhao A.V., Lavrent'ev S.Yu, Chentsov A.V., Solov'ev N.G., Lisovenko D.S.
The Behavior of Linear Polyesters in Model Conditions of Bile Ducts
// Polym. Sci. Ser. D. 2021. Vol. 14. No. 1. P. 106-111.
DOI: 10.1134/s1995421221010159
- Лаврентьев С.Ю., Лисовенко Д.С., Соловьев Н.Г.
Изобретение: Расширяемый медицинский стент и способ его установки.
Номер: RU2712852C1.
Дата подачи заявки: 04.04.2019; Дата регистрации: 31.01.2020).
- Бактерицидные свойства ультрафиолетового излучения
Совместно с ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» и ФГБУ «48 Центральный научно-исследовательский институт» МО РФ получены результаты по бактерицидной обработке Pseudomonas aeruginosa с помощью специально разработанного облучателя с концентратором из диффузно рассеивающего материала на биопленки и покоящиеся формы этих бактерий. Велось воздействие УФ излучением. Результаты работы показали хорошую экспериментальную эффективность комплексного воздействия на суперустойчивые формы Pseudomonas aeruginosa.
Определялись эффективных ультрафиолетовых (УФ) доз, необходимых для обеззараживания контаминированных коронавирусом SARS-CoV-2 поверхностей, при использовании ртутной лампы низкого давления. Специально разработан источник УФ-излучения мощностью 7,5 Вт с длиной волны 254 нм в форме портативного фонаря. Определены дозы УФ-излучения, обеспечивающие дезинфекцию поверхностей, контаминированных возбудителем COVID-19, с эффективностью от 99,0% (бумага) до 99,95% (пластик). Полученные результаты позволяют рекомендовать портативный УФ-облучатель для использования в практике профилактических мероприятий по борьбе с распространением заболевания, вызванного коронавирусом SARS-CoV-2.
Ультрафиолетовый облучатель
в ламинарном боксе
Ультрафиолетовый
монохроматор
Облучение образцов излучением
с разной длиной волны
- Котов М.А., Соловьев Н.Г., Шемякин А.Н., Якимов М.Ю., Калмантаева О.В., Макарова М.А., Манзенюк О.Ю.
Влияние УФ излучения и озона на жизнеспособность биопленок и покоящихся форм бактерий Pseudomonas Aeruginosa
// Процессы в геосредах. 2023. Т. 37. № 3. С. 2143-2157.
elibrary.ru/item.asp?id=54913940
- Масякин Д.Н., Алферов А.Е., Кикоть С.Г., Андрощук И.А., Кириллов В.Б., Кириллова С.Л., Ковальчук Е.А., Котов М.А., Лопота В.А., Рудой И.Г., Соловьев Н.Г., Сорока А.М., Труфанова В.В., Чепуренков Н.Я., Шемякин А.Н., Якимов М.Ю., Борисевич С.В.
Обеззараживание поверхностей, контаминированных коронавирусом SARS-CoV-2, ультрафиолетовым излучением ртутной лампы низкого давления
// Проблемы особо опасных инфекций. 2023. № 2. С. 134-139.
DOI: 10.21055/0370-1069-2023-2-134-139
- Режимы теплообмена при высоких температурах
Совместно с лабораторией взаимодействия плазмы и излучения с материалами проведены эксперименты по исследованию теплообмена цилиндрической водоохлаждаемой медной модели при комбинированном режиме нагрева поверхности плазмой азота (индукционный ВЧ-плазмотрон ВГУ-4) и лазерным излучением, а также для случаев нагрева поверхности только лазерным излучением или только струей плазмы азота. Получены значения плотности теплового потока в зависимости от подведенной мощности лазерного излучения.
Схема ВЧ-плазмотрона ВГУ-4,
дополнительно оснащенного
источником лазерного излучения:
1 – импульсный волоконный лазер;
2 – линза; 3 – поворотное зеркало;
4 – кварцевое окно;
5 – дозвуковая струя плазмы азота;
6 – лазерный луч;
7 – медная водоохлаждаемая модель
с калориметрическим датчиком;
8 – смотровое окно.
Образец теплозащитного материала
в режиме комбинированного нагрева
струей азотной плазмы
и лазерным излучением
- Васильевский С.А., Галкин С.С., Колесников А.Ф., Котов М.А., Лукомский И.В., Соловьев Н.Г., Тептеева Е.С., Чаплыгин А.В., Шемякин А.Н., Якимов М.Ю.
Исследование режимов теплообмена в дозвуковых струях диссоциированного азота высокочастотного индукционного плазмотрона при дополнительном нагреве поверхности лазерным излучением
// Изв. РАН. МЖГ. 2023. № 4. С. 146-155.
mzg.ipmnet.ru/ru/Issues/2023/4/146
DOI: 10.31857/S1024708423600112
= Vasil'evskii S.A., Galkin S.S., Kolesnikov A.F., Kotov M.A., Lukomskii I.V., Solovyev N.G., Tepteeva E.S., Chaplygin A.V., Shemyakin A.N., Yakimov M.Yu.
Investigation of Heat Transfer Regimes in Subsonic Dissociated-Nitrogen Jets of a High-Frequency Induction Plasmatron under Additional Surface Heating by Laser Radiation
// Fluid Dyn. 2023. V. 58. No. 4. P. 649-658.
DOI: 10.1134/S0015462823600499
- Модификация свойств материалов методом лазерной обработки поверхности
Совместно с лабораторией трибологии установлено, что лазерная обработка значительно улучшает антифрикционные свойства углеродного композита в паре со стальным контртелом (уменьшение коэффициента трения в два раза, уменьшение износа в три раза). Выявлено, что такая обработка значительно меняет характер плёнки вторичных структур, формирующейся на поверхности трения композитов в паре со сталью.
Также проводились исследования по улучшению фрикционных свойств углеродных тормозных авиационных дисков.
Процесс лазерной обработки углеродного диска.
Температура в зоне обработки 2100–200°C
- Шпенев А.Г., Буковский П.О., Щербакова О.О., Муравьева Т.И., Андросенко В.Н., Котов М.А., Соловьев Н.Г., Якимов М.Ю., Кривошеев А.Ю.
Модификация триботехнических свойств углеродных композитов методом лазерной обработки поверхности
// Трение и износ. 2024. Т. 45. № 1. С. 49-58.
DOI: 10.32864/0202-4977-2024-45-1-49-58
= Shpenev A.G., Bukovskii P.O., Shcherbakova O.O., Muravyeva T.I., Androsenko V.N., Kotov M.A., Solovyev N.G., Yakimov M.Yu., Krivosheev A.Yu.
Modification of Tribotechnical Properties of Carbon Composites by the Laser Surface Treatment Method
// J. Frict. Wear. 2024. Vol. 45. No. 1. P. 32-38.
DOI: 10.3103/S1068366624700053
- Лазеры и лазерные машины
Решена задача получения мощного лазерного излучения с малой расходимостью в молекулярных газовых лазерах большой непрерывной мощности. Разработаны научные принципы создания неравновесной среды и управления ее параметрами средствами комбинированного разряда в быстром осевом потоке газа в трубке. На этой основе создан лазер мощностью 4 кВт с высокими удельными характеристиками и КПД, с новыми возможностями управления излучением.
Исследованы пределы стабильности, причины нарушения стабильности и механизмы распространения НОР в потоке газа при атмосферном давлении. Исследована рефракция лазерного излучения в плазме НОР в потоке газа при атмосферном давлении в стационарном и колебательном режимах, а также результаты исследования спектральной освещенности, создаваемой тепловым излучением плазмы НОР.
На основе разрабатываемых лазеров также разработаны машины для лазерной резки и обработки различных материалов (металлы и диэлектрики).
Самостоятельный и
несамостоятельный разряды
Несамостоятельный разряд
с импульсной ёмкостной
ионизацией в аксиальном
потоке газа
Непрерывнй оптический разряд
в луче лазера с мощностью 4 кВт
Лазерная резка металла
на комплексе Лантан 5
Лазерный комплекс для резки диэлектриков
Контракция разряда
Лазерный луч на асбесте
Лазерный резонатор
- Зимаков В.П., Кузнецов В.А., Кедров А.Ю., Соловьев Н.Г., Шемякин А.Н., Якимов М.Ю.
Газовый лазер для эффективного поддержания плазмы непрерывного оптического разряда в научных и технологических применениях
// Квантовая электроника. 2009. Т. 39. № 9, с. 797-801.
- Когерентные структуры в турбулентных течениях
Продолжено изучение газового/плазменного ближнего следа от пары цилиндров с целью физической интерпретации ранее обнаруженного эффекта перестройки следа под действием тлеющего разряда с умеренным энерговкладом.
В экспериментах использован оригинальный двухточечный датчик пульсационной скорости течения.
Усовершенствована простая, одномерная модель такого комплексного следа, основанная на модели Ландау–Стюарта и теории возмущений.
В рамках модели воспроизведены глобальные моды такого течения и режим перемежаемости между модой симметричного и асимметричного течения.
Успешно моделируются характерное ветвление в спектре базовых частот осцилляций (в форме «лежащих вил») и общий ход ветвей спектра.
Расчетная зависимость базовых частот
осцилляций по модам следа ω
от параметра модели Λ,
характеризующего расстояние
между цилиндрами: Λ~(L/D)-a, где a~O(1)
- Гембаржевский Г.В., Леднев А.К., Осипенко К.Ю.
Развитие простой модели следа от пары цилиндров: двухчастотная мода течения
// Теплофизика высоких температур. 2019. Т. 57. № 1. С. 121-126.
DOI: 10.1134/S0040364419010101
= Gembarzhevskii G.V., Lednev A.K., Osipenko K.Yu.
Development of a Simple Model of Wake from Two Cylinders: Two-Frequency Flow Mode
// High Temp. 2019. Vol. 57. No. 1. P. 107-112.
DOI: 10.1134/s0018151x19010103
- Гембаржевский Г.В., Осипенко К.Ю.
Моделирование основных характеристик ближнего следа от пары цилиндров, расположенных бок о бок, не слишком близко
// Изв. РАН. МЖГ. 2023. № 6. С. 32-37.
mzg.ipmnet.ru/ru/Issues/2023/6/32
DOI: 10.31857/S1024708423600240
= Gembarzhevskii G.V., Osipenko K.Yu.
Modeling of Main Parameters for Near Wake from Pair of Side-by-side not too Close Cylinders
// Fluid Dyn. 2023. V. 58. No. 6. P. 998-1003.
DOI: 10.1134/S0015462823601286
Из истории лаборатории
Лаборатория лазерных разрядов сформировалась из сотрудников лаборатории ударных волн,
которая входила в состав отдела физики газодинамических процессов.
Отдел сформирован одновременно с основанием института в 1965 году.
Бессменным руководителем отдела был
Юрий Петрович Райзер,
который заложил теоретические основы явления лазерного горения.
В 1970 сотрудниками отдела впервые в мире экспериментально получен непрерывный оптический разряд (НОР).
Лаборатория как отдельное подразделение создана в 1986 году для изучения лазерных разрядов и НОРа.
Первым руководителем лаборатории c 1986 по 2006 г. был
Николай Алексеевич Генералов.
С 2006 года по настоящее время лабораторию возглавляет Николай Германович Соловьев.
В разные годы в лаборатории работали и работают:
Генералов Н.А., Козлов Г.И., Зимаков В.П., Масюков В.А., Ройтенбург Д,И.,
Абалиев А.Э., Кузнецов В.А., Косынкин В.Д., Гембаржевский Г.В.,
Яценко Н.А., Антонов А.А., Соловьев Н.Г.,
Якимов М.Ю., Шемякин А.Н.
Достижения сотрудников лаборатории в развитии науки отмечены
Государственной премией России «За открытие и исследование явления лазерного горения и непрерывного оптического разряда» (1999).
Юрий Петрович Райзер
(1927–2021)
профессор, д.ф.-м.н.
зав. отделом (1965–1999)
Николай Алексеевич Генералов
(1933–2006)
член-корреспондент,
д.ф.-м.н., профессор,
зав. лабораторией 1986–2006
Николай Германович Соловьев
д.ф.-м.н.,
зав. лаб. 2006–наст.вр.
Демонстрация НОР в лабораторном воздухе (1970 год).
Фотографии сделаны в ИПМ АН CCCР:
a) В.П. Зимаков инициирует НОР с помощью
вольфрамовой проволочки, испаряющейся
в фокусе луча мощного СО2-лазера;
b) Н.Г. Соловьев наблюдает
с близкого расстояния плазму НОР.
Радиальные цветные лучи –
спектры теплового излучения воздуха,
нагретого НОР, полученные при съемке
через дифракционный светофильтр
Непрерывный оптический
разряд в воздухе (1970)
Коллектив лаборатории ударных волн (1972),
слева направо: Гембаржевский Г.В., Ройтенбург Д.И.,
Масюков В.А., Генералов Н.А., Абалиев А.Э.,
Зимаков В.П., Козлов Г.И., Фотиев В.А.
Кузнецов В.А., Абалиев А.Э., Мамыркин А. (слева направо)
юстирую резонатор лазера Иглан-3 (1984)
Генералов Н.А. на вручении
Государственной премии России
«За открытие и исследование
явления лазерного горения и
непрерывного оптического разряда» (1999)
Козлов Г.И. на вручении
Государственной премии России
«За открытие и исследование
явления лазерного горения и
непрерывного оптического разряда» (1999)
М.Ю. Якимов и Н.Г. Соловьев
демонстрируют экспериментальную
установку для исследования НОР
В.Е. Фортову и Ю.П. Райзеру (24.06.2008)
Информация на февраль 2025 г.
|
Русский
English
