9.1 Лаборатория квантовой электроники

Научные направления:

• исследование и создание импульсно-периодических газовых и твердотельных лазеров;

• разработка методов получения нанопорошков с помощью мощных СО2-лазеров.

Лаборатория квантовой электроники образована в 1986 году. На первом этапе основная ее деятельность направлялась на создание мощных газовых лазеров, что требовало проведения исследований в области физики газового разряда. Были разработаны теории формирования и контракции объёмных разрядов, предложены методы повышения их устойчивости. Это сделало возможным разработать импульсно-периодические ТЕА CO₂ лазеры серии «ИГЛА» с рекордными характеристиками и не имеющие аналога технологический ТЕ CO₂ лазер «ЛАЭРТ», накачиваемый комбинированным разрядом, предложенным в нашей лаборатории. С использованием этих лазеров выполнен цикл исследований по лазерной абляции материалов, что позволило создать высокопроизводительную технологию получения слабо агломерированных наноразмерных порошков. Это послужило основой для проведения комплекса исследований с использованием нанопорошков по синтезу высокопрозрачных, в том числе лазерных, керамик.

Параллельно проводились исследования по поиску высокочувствительного неразрушающего метода определения примесного и фазового состава веществ. Был предложен и развит спектральный метод, основанный на люминесценции твёрдого вещества, возникающей под действием мощного электронного пучка наносекундной длительности. Для его практической реализации создан и выпускается малыми сериями импульсный катодолюминесцентный спектрограф «КЛАВИ».

9.2 Лаборатория импульсных процессов

Научные направления:

• разработка частотных наносекундных ускорителей электронов и технологий на их основе;

• получение нанопорошков с помощью импульсного нагрева мишеней.

Первоначально сотрудники лаборатории занимались исследованием электрического взрыва проволочек (ЭВП). Анализ полученных и литературных экспериментальных данных позволил получить критерии подобия для описания ЭВП, и на их основе создать методику инженерного расчета прерывателя тока на ЭВП. По этой методике были рассчитаны и созданы сильноточные ускорители электронов прямого действия с промежуточным индуктивным накопителем энергии и прерывателем тока на ЭВП.

В начале 90-х годов в лаборатории был открыт эффект обрыва тока полупроводниковым диодом и были созданы ускорители с тиристорно-магнитной или тиратронно- магнитной схемой сжатия энергии и полупроводниковым прерывателем тока с энергией электронов до 0,5 МэВ, частотой следования импульсов до 240 Гц, длительностью импульса на полувысоте около 50 нс, средней мощностью до 1,5 кВт, размером пучка до 10 x 10 см² для технологических применений.

С 1976 г. исследуется возможности ЭВП для получения нанопорошков различных веществ. Выполненные работы позволили установить связь между размерами получаемых частиц, условиями ввода энергии и характеристиками металла. Разработаны установки для получения порошков металлов, сплавов и их оксидов.

С 1997 г. лаборатория занимается исследованием получения нанопорошков с использованием испарения мишени излучением импульсного СО₂ лазера (совместно с лабораторией квантовой электроники), а с 2008 г. с использованием волоконного иттербиевого лазера. Созданные установки позволяют получать нанопорошки широкого класса веществ с узким распределением частиц по размерам при характерном размере ~15 нм.

В 2006 г. в лаборатории создана установка для получения нанопорошков и использованием испарения мишеней импульсным пучком электронов, позволяющая получать порошки с размером частиц ~5 нм. Имеющийся спектр установок и технологий позволяет успешно работать в области создания конструкционных и функциональных материалов для устройств водородной энергетики, источников света и медицины.