icmmg_eaberendeev_202008.pdf

Работа поддержана грантом РНФ №19-71-00054 «Суперкомпьютерное моделирование генерации терагерцового излучения при фокусировке мультигигаваттных электронных пучков в плазме», руководитель - Е.А.Берендеев

• Евгений Андреевич Берендеев, ИВМиМГ СО РАН

Исследования направлены на построение высокопроизводительного программного комплекса для решения проблемы создания мощного источника электромагнитного излучения в терагерцовом диапазоне частот (0.3-10 ТГц). C помощью численного кинетического моделирования методом частиц в ячейках в проекте исследуется возможность высокоэффективной генерации мощных терагерцовых (ТГц) импульсов при коллективном взаимодействии с плазмой мульти-гигаваттных электронных пучков, способных фокусироваться в пятна миллиметровых размеров. На основе созданной математической модели и комплекса программ проводится серия вычислительных экспериментов по инжекции в газовую ячейку электронных пучков с параметрами, характерными для экспериментов, проходящих в Институте ядерной физики СО РАН.

Переход к полномасштабному численному моделированию в этой задаче позволит провести большой объём предварительной работы по поиску наиболее эффективных режимов излучения ещё до постановки реальных экспериментов и в сочетании с последующими лабораторными исследованиями откроет путь к созданию мощного и компактного ТГц источника.

Расчёты инжекции в плазму двух встречных электронных пучков, сфокусированных в пятна разных размеров показали, что эффективность преобразования мощности инжектируемых пучков в мощность излучения на удвоенной плазменной частоте в водородной плазме достигает величины 0.7%, а в плазме с бесконечно тяжёлыми ионами за счёт генерации третьей гармоники превышает 1%.

• I.V. Timofeev, E.A. Berendeev, V.V. Annenkov, E.P. Volchok. Simulations of electromagnetic emission from colliding laser wakefields // Plasma Physics and Controlled Fusion, 2020, v. 62, p. 045017. https://doi.org/10.1088/1361-6587/ab74e6 IF 2.799