Центр коллективного пользования "Плазменный Фокус"

1. Установка «Тюльпан»
   Сильноточные электроразрядные установки типа плазменный фокус ПФ-400 и ПФ-4

Назначение и основные технические параметры

Установка предназначена для фундаментальных исследований в области физики плазмы, создаваемой мощными импульсами тока и лазерного излучения, и для разработки на этой основе физических принципов мощного импульсного управляемого источника нейтронного  и рентгеновского излучений, корпускулярных и плазменных потоков для применения в технологиях.

Уникальность установки заключается в  применении для создания и нагрева плазмы мощного импульса тока величиной порядка нескольких мегаампер, что  позволяет получать плазму с экстремальными параметрами.

Область применения: управляемый термоядерный синтез, материаловедение, нанотехнологии.  

В настоящее время установка Тюльпан, состоящая из  электроразрядных установок типа плазменный фокус с разными модификациями электродов не имеет аналогов в мире.

На базе установки ТЮЛЬПАН организован Центр коллективного пользования "Плазменный фокус", где проводят совместные исследования сотрудники ряда научных организаций г. Москвы.  ЦКП является также базой для обучения студентов и аспирантов МИФИ и МФТИ.

Установка ТЮЛЬПАН функционально делится на следующие составные части: сильноточные электроразрядные установки типа плазменный фокус ПФ-400, ПФ-4,  системы контроля и управления установкой; диагностический комплекс.

Плазменный фокус ПФ-400: геометрия электродов - Филипповская,  максимальная энергоемкость - 400 кДж, максимальный ток- 3 МА, нейтронный выход 10¹⁰ - 10¹¹ нейтронов в импульсе

Плазменный фокус ПФ-4: геометрия электродов - Мейзеровская, полусферическая, максимальная энергоемкость - 15 кДж, максимальный ток - 600 кА, нейтронный выход 4∙10⁸ нейтронов в импульсе.

 Диагностический комплекс состоит из: - скоростной лазерной пятикадровой интерферометрической, теневой и шлирен- методик с временным разрешением 10-9 -10-12 с на длине волны 0,53 мкм и 1,06 мкм с цифровой записью изображений;- спектроскопической методики, позволяющей проводить исследование собственного излучения плазмы, линейчатого непрерывного,  в инфракрасном, видимом, вакуумном ультрафиолетовом, мягком и жестком рентгеновском диапазонах с временным разрешением 1-3 нс и с цифровой записью изображения;- скоростной четырех кадровой методики, позволяющей проводить пространственное исследование мягкого рентгеновского излучения с

использованием детекторов на основе МКП с временным разрешением 3-20 нс;- методики измерения абсолютного нейтронного выхода нейтронного излучения активационным методом, а также четырехканальная  методика для измерения анизотропии нейтронного выхода;- скоростной многоканальной системы для изучения эволюции спектра  жесткого рентгеновского излучения во времени методом серых фильтров с временным разрешением 3 нс;- системы абсолютных и временных измерений тока и производной тока в разрядном контуре ПФ с помощью пояса Роговского и цифровых осциллографов типа TDS-220; - системы магнитных зондов для изучения структуры и динамики токовой оболочки ПФ;- системы абсолютных измерений жесткого рентгеновского излучения в диапазоне от 20 кэВ до 3 МэВ;Все диагностики снабжены программами для численной обработк

Основные направления научных исследований

 - исследование импульсной высокотемпературной плазмы, создаваемой мегаамперным током и лазерным излучением с целью создания интенсивного источника рентгеновского и нейтронного излучений, плазменных кумулятивных потоков и корпускулярных частиц;

- разработка  методов диагностики плазмы (лазерных, рентгеновских, нейтронных, зондовых и др.)

 - моделирование воздействия интенсивных  энергетических потоков на материалы;

 - исследование веществ и материалов, находящихся в экстремальных условиях, возникающих при интенсивном  энергетическом воздействии;

 - изучение стойкости конструкционных и функциональных материалов термоядерных реакторов и других импульсных плазменных систем;

  - разработка методов создания новых материалов и модификации их свойств на основе импульсного воздействия мощных энергетических потоков.

Научные достижения

Разработаны новые методы создания плотной импульсной высокотемпературной плазмы в электроразрядных устройствах. Изучен нейтронный скэйлинг установок плазменный фокус с энергоемкостью от килоджоульного до мегаджоульного уровня. Полученный скэйлинг хорошо согласуется с результатами измерений нейтронного выхода на установках плазменный фокус в лабораториях различных стран. экспериментально изучены возможности сжатия лайнеров в мощных плазмофокусных разрядах. Проведено исследование устойчивости плазмы, создаваемой в установке типа плазменный фокус, и использование этого явления для формирования кумулятивных плазменных потоков с экстремальными параметрами. Предложены способы повышения тока в установках ПФ, позволяющие преодолеть насыщение нейтронного выхода на установках мегаджоульного уровня.

В экспериментах по воздействию плазменных потоков на материалы впервые показана возможность:

-                    перемещения атомов одного металла в другой с помощью высокоскоростного плазменного потока. Процесс перемещения атомов является объемным по отношению к точке воздействия плазменного потока;

-                   получения сплавов металлов, не растворяющихся друг в друге, как в жидком, так и твердом состоянии Получены сплавы вольфрама с медью, вольфрама с алюминием, вольфрама с железом, железа со свинцом;

-                   прочного соединения к вольфраму методом сварки образцов из меди, алюминия и железа;

-                   создания нанонитей ванадия и нанесения на поверхность материалов с высокой адгезией наночастиц из ванадия и меди;

-                   получения нанодисперсных материалов различного химического состава;

-                   нанесения наноматериалов на поверхность для создания покрытий с высокой степенью адгезии;

-                   предложены новые способы поверхностного легирования металлов, нанесения покрытий с высокой степенью адгезии и создания материалов-мишеней для нейтронных генераторов путем насыщения их изотопами водорода или трития свыше предела их растворимости в материале мишени.

Исследовано воздействие ударных волн с давлением на фронте 0,1-1 Мбар, создаваемых сильноточным генератором плазмы типа плазменный фокус, на композитные высокотемпературные ленты (ВТСП) Y-123 и Вi-2223. Впервые установлено, что воздействие ударных волн приводит к повышению критического тока в нулевом магнитном поле и во внешних магнитных полях от 0,5 до 6,0 Тл при температуре 77К. Ударные волны подавляют «зубчатый» характер вольтамперной характеристики, присущий необработанным ударной волной образцам ВТСП.

Впервые лазерно-оптическими методами в плазмофокусном разряде обнаружены плотные (с электронной плотностью 10^19≥см-3), компактные (с характерным размером порядка 1мм), быстрые (аксиальная скорость ≥2×10^7см/c, время генерации ≤10нс) плазменные сгустки, генерируемые в момент обрыва тока разряда. 

  Информация  о работе установки "ТЮЛЬПАН" в режиме коллективного пользования.

ЖВ Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) на базе Лаборатории физики плотной плазмы функционирует установка «Сильноточные электроразрядные установки типа плазменный фокус ПФ-400 и ПФ-4» (Установка «Тюльпан»). Установка укомплектована современным научным и аналитическим оборудованием, высококвалифицированными кадрами и обеспечивает проведение научных исследований, в том числе в интересах внешних пользователей (физических лиц и сторонних организаций).

Права на возможные результаты интеллектуальной деятельности, получаемые в ходе проведения научных исследований и оказания услуги, регулируются договором между ФИАН (базовой организацией) и пользователем.

Перечень услуг (возможных исследований)

1)    Облучение неорганических материалов потоками плазмы, корпускулярными частицами, нейтронным и рентгеновским излучениями.

2)    Лазерные измерения плотности плазмы и ее градиентов с временным разрешением 10^-9 –10^-12 с и пространственным разрешениям ~ 10 мкм.

3)    Спектроскопические исследования собственного линейчатого и непрерывного излучений плазмы в широком диапазоне длин волн.

4)    Измерения абсолютного нейтронного выхода и его анизотропии активационным методом.

5)    Зондовые измерения магнитного поля, структуры и динамики токовой оболочки в импульсных электрических разрядах.

6)    Абсолютные и временные измерения тока и его производной в разрядном контуре плазменных установок с помощью пояса Роговского.

О порядке доступа заинтересованных пользователей к установке «Тюльпан.

ФИАН в лице заведующего лабораторией физики плотной плазмы, в распоряжении которой находится установка «Тюльпан», осуществляет прием от заинтересованных пользователей заявок на проведение научных исследований и оказание услуг (далее - заявки).

Заявки рассматриваются по мере их поступления в течение установленного периода времени с момента регистрации заявки (5-10 дней).

Заведующий лабораторией физики плотной плазмы, в распоряжении которой находится установка «Тюльпан»,  вправе устанавливать порядок рассмотрения заявок, включая содержательную часть работы, степень соответствия заявки возможностям установки, времени ее работы.

По результатам рассмотрения заявок принимается решение о возможности заключения с пользователем договора на проведение научных работ и оказание услуги и включает заявку в план работ установки. Решение о невозможности заключения договора должно быть мотивированным и доведено до сведения пользователя не позднее трех дней со дня принятия такого решения. Возможность допуска физических лиц - представителей заинтересованного пользователя непосредственно к работе на установке устанавливается в договоре на оказание услуги.

Информация об основных публикациях.

1. В.Я. Никулин, С.Н. Полухин. «О насыщении нейтронного выхода плазменных фокусов в мегаджоульном диапазоне», Физика плазмы, 2007, Т. 33, №. 4, с. 304–310.
2. Крауз В.И., Левашова М.Г., Каракин М.А., Крохин О.Н., Лисица В.С., Мокеев А.Н., Мялтон В.В., Огинов А.В., Смирнов В.П., Фортов В.Е. "Влияние излучения токовой оболочки плазменного фокуса на динамику сжатия конденсированных мишеней" Физика плазмы, 2008 том 34, с. 47–56.
3. И. В. Волобуев, А. Е. Гурей, В. Я. Никулин, С. Н. Полухин, МАГНИТО-ЗОНДОВЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ НА ПЛАЗМЕННОМ ФОКУСЕ ПФ400, ФИЗИКА ПЛАЗМЫ, 2010, том 36, № 12, с. 1075–1084.
4. Л.И.Иванов, И.В. Боровицкая, Г.Г.Бондаренко, А.И. Дедюрин, О.Н.Крохин, В.Я.Никулин, А.А.Тихомиров. Создание сплавов Nb-Cu с использованием высокотемпературной импульсной плазмы. // Перспективные материалы. 2008 г. № 2, с. 76-80.
5. С. П. Елисеев, В. Я. Никулин, П. В. Силин «Измерение мягкого рентгеновского излучения на установке плазменный фокус ПФ-4 с помощью полупроводниковых рентгеновских детекторов», 2008, КСФ.
6. С. П. Елисеев, В. Я. Никулин, П. В. Силин «Интегральные и временные характеристики мягкого рентгеновского излучения на установке ПФ-4». 2008, КСФ.
7. А. Ю. Дидык, Л. И. Иванов, академик О. Н. Крохин, В. Я. Никулин, А. Н. Майоров. СВЕРХГЛУБОКОЕ ПРОНИКНОВЕНИЕ ВОДОРОДА И ДЕЙТЕРИЯВ МЕТАЛЛЫ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ВОДОРОДНОЙ И ДЕЙТЕРИЕВОЙ ПЛАЗМЫ // ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2012, том 442, № 3, с. 326–328.
8. Е.О. Баронова, О.А. Башутин, В.В. Вихрев, Е.Д. Вовченко,
   Э. И. Додулад, С. П. Елисеев, В. И. Крауз, А. Д. Мироненко-Маренков,
   В.Я. Никулин, И. Ф. Раевский, А. С. Савелов, С. А. Саранцев, П.В. Силин, А. М. Степаненко, Ю. А. Какутина, Л. А. Душина. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВИТИЯ КУМУЛЯТИВНОЙ СТРУИ В ПЛАЗМЕННОМ ФОКУСЕ МЕТОДАМИ СДВИГОВОЙ  ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ //ФИЗИКА ПЛАЗМЫ, 2012, том 38, № 9, с. 815–825.
9. В. Н. Колокольцев, Б.П. Михайлов, И.В. Боровицкая, Л.И. Иванов, С.И. Садыхов, В.Я. Никулин. Влияние электронного облучения на критическую температуру и магнитосопротивление многожильных лент Ag/Bi2223 //ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, 2012,  № 6, с. 49-54.
10. Б.П. Михайлов, Л.И. Иванов, И.В. Боровицкая, академик О.Н. Крохин, И. А. Руднев, А. В. Троицкий, Л. Х. Антонова, В. Я. Никулин, А. Н. Майоров, С. В. Покровский. ВЛИЯНИЕ УДАРНОВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КРИТИЧЕСКИЙ ТОК ВИСМУТОВЫХ (2223) ВТСП ЛЕНТ ПЕРВОГО ПОКОЛЕНИЯ //ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2012, том 442, № 5, с. 614–616.
11. A. Yu. Didyk, I. V. Borovitskaya, R. Wisniewskic, V. S. Kulikauskas, V. Ya. Nikulin, and P. V. Gorshkov, Deuterium Accumulation in an Assembly of Nickel Foils Irradiated by High Temperature Deuterium Plasma //Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2013, Vol. 7, No. 1, pp. 18–22.
12. Galina Mikhailova, Landysh Antonova, Irina Borovitskaya, Oleg Krokhin, Alexey Majorov, Boris Mikhailov, Valeriy Nikulin, Pavel Silin, and Alexey Troitskii, The shock wave application for increasing of a critical current in composite HTSC // Phys. Status Solidi C 10, No. 4, 689–692 (2013) /DOI 10.1002/ pssc.20100697.
13. В.Н. Колокольцев, И.В. Боровицкая, В.П. Сиротинкин, В.Я. Никулин, П.В. Силин, Г.Г. Бондаренко, А.И. Гайдар, А.А. Ерискин,  В.Ф. Дегтярев, Напыление тонких пленок на диэлектрические подложки с использованием импульсной плазмы // Физика и xимия обработки материалов,  2013, № 5, стр. 18-25.
14. Никулин В.Я., Старцев С.А., Цыбенко С.П. О ФИЛАМЕНТАХ В ПИНЧЕВЫХ РАЗРЯДАХ, Международный научный журнал «Инновационная наука» 2015г., том.2, № 7, стр.:14-18. 
15. А. Ю. Дидык, В. А. Бехтерев, В. С. Куликаускас, C. В. Серушкин, В. Я. Никулин, П. В. Силин, В. Белоус, Я. Васяк и др. РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДОРОДА И ДЕЙТЕРИЯ В ФОЛЬГАХ ИЗ ВОЛЬФРАМА, ОБЛУЧЕННЫХ ДЕЙТЕРИЕВ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМОЙ В ЗАПОЛНЕННЫХ Н₂О ИЛИ D₂O ГЕРМЕТИЧНЫХ КАМЕРАХ, //Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования 2015г., № 8, стр.: 104-112.
16. В.Я. Никулин, С.А. Старцев, С.П. Цыбенко Стационарные цилиндрические структуры в пинчевых разрядах, //Краткие сообщения по физике Физического института им. П.Н. Лебедева Российской Академии наук 2015г., № 5, стр.: 21-26 .
17. Г.Г.Бондаренко, И.В.Боровицкая, А.Ю.Дидык, А.А.Ерискин, В.С.Куликаускас,  В.Я.Никулин, П.В.Силин, И.В.Волобуев, В.Белоус, Я.Васяк и др. ВЛИЯНИЕ УДАРНЫХ ВОЛН, ГЕНЕРИРУЕМЫХ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ АРГОНОВОЙ ПЛАЗМОЙ, НА ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОРОДА И ДЕЙТЕРИЯ В СБОРКАХ ФОЛЬГ Ta|CD2|Ta, Ta|Ta|CD2|Ta|Ta и Nb|CD2|Nb., препринт ОИЯИ (Дубна) 2015.
18. Майоров А.Н. Никулин В.Я. ОгиновА.В., Жукешов А.М. ИССЛЕДОВАНИЕ АКСИАЛЬНЫХ ПЛАЗМЕННЫХ ПОТОКОВ В УСТАНОВКЕ ТИПА ПЛАЗМЕННЫЙ ФОКУС ПФ-4, Краткие сообщения по физике Физического института им. П.Н. Лебедева Российской Академии Наук 2015г., том.нет, № 7, стр.: 3-13 
19.  Nikulin, V. Ya, Oginov, A. V., Zhukeshov A.M. Study of axial plasma flows in the PF-4 plasma focus-type setup, Mayorov, A. N., Bulletin of the Lebedev Physics Institute 2015г., том.42, № 7, стр.: 193-200 
20.  Nikulin, V. Ya., Startsev, S. A., Tsybenko, S. P. Stationary cylindrical structures in pinch discharges, Bulletin of the Lebedev Physics Institute 2015г., том.42, № 5, стр.: 133-137 
21.  А. Ю. Дидык, А. А. Ерискин, Г. Г. Бондаренко, И. В. Боровицкая, В. С. Куликаускас, В. Я. Никулин, П. В. Силин, И. В. Волобуев, В. Белоус, Я. Васяк и др. Влияние ударных волн, генерируемых высокотемпературной аргоновой плазмой, на перераспределение водорода и дейтерия в сборках из танталовых и ниобиевых фольг. //Перспективные материалы 2015г., том.нет, № 9, стр.: 29-38. 
22.  KRAUZ V., MYALTON V., VINOGRADOV V., VELIKHOV E., ANANYEV S., VINOGRADOVA Y., DAN'KO S., KALININ Y., NIKULIN V., PASTUKHOV A., KANAEV G. et al  PROGRESS IN PLASMA FOCUS RESEARCH AT THE KURCHATOV INSTITUTE,. //Physica Scripta 2014г., том.161, стр.: 014036 
23.  Ерискин А.А., Колокольцев В.Н., Боровицкая И.В., Силин П.В., Никулин В.Я., Бондаренко Г.Г. и др. Напыление тонких пленок через полые трубки на установке Плазменный фокус,Труды XXIV Международной конференции «Радиационная физика твердого тела». (Севастополь, 7 -12 июля 2014 г.). М. Издательство ФГБНУ «НИИ ПМТ» 2014г., стр.:С. 95-104. (материалы конференций) (оригинал)
24.  Колокольцев В.Н., Боровицкая И.В., Силин П.В., Никулин В.Я., Перегудова Е.Н. Импульсный плазмохимический реактор на основе установки «Плазменный фокус».,Сборник трудов VII Международного Симпозиума по теоретической и прикладной плазмохимии (3-7 сентября 2014 г., Плес, Россия). Иваново, 2014г., стр.: 339-341(материалы конференций). 
25.  Михайлов Б.П., Никулин В.Я., Силин П.В., Крохин О.Н., Михайлова А.Б., Шамрай В.Ф., Минеев Н.А., Алибеков С.Я., Крутских Н.А., Гайда Д. и др. Применение дозированных ударных импульсов для повышения токонесущей способности ВТСП-лент, II Национальной конференции по технической сверхпроводимости 2014г., стр.: 45(материалы конференций).
26. С. Н. Полухин, А. М. Джаманкулов, b, А. Е. Гурей , В. Я. Никулин, Е. Н. Перегудова  , П. В. Силин, ИЗМЕРЕНИЕ ЛАЗЕРНО-ОПТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ СКОРОСТИ ПЛАЗМЕННЫХ СТРУЙ, ГЕНЕРИРУЕМЫХ В КИЛОДЖОУЛЬНОМ ПЛАЗМЕННОМ ФОКУСЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ГАЗОВ // ФИЗИКА ПЛАЗМЫ, 2016, том 42, № 12, с. 54–60.
    
    Патенты

1. ПАТЕНТ на изобретение  № 2404470 от 16.12.2009.  СПОСОБ ОБРАБОТКИ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ. Авторы: Иванов Л.И., Боровицкая И.В., Горшков П.В., Михайлов Б.П., Крохин О.Н., Никулин В.Я., Перегудова Е.Н., Михайлова Г.Н., Троицкий А.В. (RU).

 2. ПАТЕНТ на полезную модель № 119895 от 13 июня 2006 г. «Устройство для регистрации нейтронного излучения». Авторы: Волобуев И.В., Ломоносов А.Н., Никулин В.Я., Перегудова Е.Н.

3.  ПАТЕНТ на изобретение № 231340  № 2006120318 «СПОСОБ СВАРКИ НЕРАСТВОРЯЮЩИХСЯ ДРУГ В ДРУГЕ МЕТАЛЛОВ» Авторы: Иванов Л.И., Боровицкая И.В., Дедюрин А.И., Крохин О.Н., Никулин В.Я., Тихомиров А.А.

4. ПАТЕНТ на полезную модель.  Устройство для напыления пленок на подложки.   № 134931 от 26.03. 2013 г. Авторы: Колокольцев В.Н., Никулин В.Я., Боровицкая И.В., Силин П.В.

5. ПАТЕНТ на полезную модель № 135154 от 11.03.2013 г. Устройство для обработки сигналов нейтронного детектора активационного типа.  Авторы: Волобуев И.В., Куприяшин А.И., Трифонов К.А., Никулин В.Я., Силин П.В., Перегудова Е.Н.

6. ПАТЕНТ на полезную модель № 134930 от 26.03. 2013 г. Устройство для напыления пленок на подложки. Авторы: Колокольцев В.Н., Никулин В.Я., Боровицкая И.В., Силин П.В.

7.  Патент на полезную модель  № 146450 от 16.06.2014. Плазмохимический реактор. Авторы: Колокольцев В.Н., Никулин В.Я., Боровицкая И.В., Силин П.В., Полухин С.Н.

8. ПАТЕНТ на полезную модель № 135319 от 25.03.2013. Устройство для напыления пленок на подложки. Авторы: Колокольцев В.Н., Никулин В.Я., Боровицкая И.В., Силин П.В.

4.                 Основные сведения об организации

Федеральный округ: г. Москва

Наименование организации: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки  Физический институт им. П.Н. Лебедева  Российской академии наук.

Адрес: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, 53

Руководитель организации: Чл.-корр. РАН, д.ф.-м.н. Колачевский Николай Николаевич

Телефон руководителя:(499)135-24-30

Е-mail: kolachevsky@sci.lebedev.ru

http://www.lebedev.ru

Руководитель работ на УСУ: д.ф.-м.н. Никулин Валерий Яковлевич

Телефон: (499)135-79-95

Е-mail: vnik@sci.lebedev.ru