Учебно-научный центр фотонной энергетики

Краткая справка

Фотонные энергетические и технологические установки и системы сегодня – это солнечные электростанции и установки теплоснабжения и кондиционирования, солнечные электростанции в космосе и на Земле, это – солнечные тепловые и лазерные ракетные двигатели и энергодвигательные системы космических аппаратов, фотохимические реакторы производства новых конструкционных материалов, фотонные технологические установки наноразмерной обработки и модификации свойств вещества, установки разделения изотопов и утилизации промышленных отходов, фотосинтеза и производства водорода и др.

Основные направления исследований в области фотонной энергетики и фотонных технологий, связаны с разработкой и промышленным применением преобразователей солнечной энергии, лазерного и плазменного излучения в тепловую, электрическую и механическую энергию. Спектр промышленных применений фотонных энергетических и технологических установок и систем непрерывно расширяется.

Оборудование

Основой стендовой базы УНЦ ФЭ является уникальная научная установка (УНУ) «Кластер экспериментально-диагностических электрофизических модулей «Пучок-М» (http://usu-beam.bmstu.ru), предназначенная для исследования экстремальных состояний вещества при многофакторном воздействии высокой плотности мощности (когерентное и широкополосное излучение, пучки заряженных и нейтральных частиц, ускоренные плазменные потоки, сильные ударные волны) на вещество различных агрегатных состояний, в том числе в поле лазерных импульсов ультракороткой длительности, которая входит в каталог центров коллективного пользования, уникальных стендов и установок Министерства образования и науки РФ ( http://ckp-rf.ru/usu/200975/ ).

Развитие УНУ «Пучок-М» поддержано государством в лице Минобрнауки РФ по ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы» (уникальный идентификатор работы RFMEFI59014X0001), ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» (Государственный контракт № 14.518.11.7009).

Кластер «Пучок-М», является экспериментальной установкой, предназначенной для решения широкого спектра задач и фундаментальных и прикладных исследований опто-теплофизических и опто-механических многофакторных процессов взаимодействия когерентного и широкополосного излучения ИК-ВУФ диапазона спектра, потоков нейтральных и заряженных частиц, ускоренных плазменных потоков, сильных ударных волн и комбинированных многофакторных воздействий с конденсированными, газо-плазменными активными средами и конструкционными материалами в газо-вакуумных условиях.

Как объект научной инфраструктуры – уникальность стендовой базы УНЦ ФЭ характеризуется возможностью достижения научных результатов мирового уровня в области радиационной плазмодинамики, физической электроники высокой плотности мощности, экстремальных состояний вещества, непрерывным совершенствованием комплекса приборного и научно-методического обеспечения прецизионных измерений сверхвысокого пространственно-временного разрешения.

Многоуровневый поликанальный лазерный комплекс с источником возбуждения лазерной плазмы

Модуль многофакторного пучкового воздействия высокой плотности мощности

Фотоэлектронный анализатор энергии заряженных частиц с детектором Линке SPECS Themis-600

Учебная деятельность

Основные направления деятельности учебно-научного центра фотонной энергетики связаны с созданием учебно-методических и дидактических материалов, тематических лекционных курсов и циклов лабораторных практикумов для обеспечения новых учебных специализаций по основным разделам фотонной энергетики и лучевых технологий, среди которых:

• физико-технические основы прямого преобразования фотонной энергии;
• физико-технические основы фотонных энергетических установок;
• физическая электроника преобразователей энергии;
• физическая электроника газоразрядных устройств;
• фотонные технологические комплексы и системы;
• диагностика и метрология радиационно-газодинамических процессов взаимодействия излучения с веществом;
• конверторы фотонной энергии в другие виды и формы энергии.

Базовыми кафедрами УНЦ ФЭ являются: в МГТУ им. Н.Э.Баумана – кафедры Э3 «Газотурбинные и нетрадиционные энергетические установки», специальность «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии», Э8 «Плазменные энергетические установки», РЛ2 «Лазерные и оптико-электронные системы»; в МГУ им. М.В. Ломоносова – кафедра «Физическая электроника».

В УНЦ ФЭ реализованы (стендовая база и описания) лабораторные практикумы по курсам: «Источники, концентраторы и приемники энергии»; «Физико-технические основы фотонных энергоустановок»; «Автоматизированное проектирование энергоустановок»; «Физическая электроника»; «Теория газоразрядных устройств», «Промышленные фотонные технологические установки»; «Физические основы прямого преобразования энергии», «Диагностика и метрология плазменных процессов», «Взаимодействие когерентного и теплового излучения с конденсированными и газовыми средами», «Промышленные лазерные установки», «Физические основы квантовой электроники и лазерной техники», «Основы физики плазмы», «Физическая электроника газоразрядных устройств», «Планирование, обработка, анализ эксперимента. Машинное проектирование плазменных энергоустановок». В том числе подготовлены и реализованы ряд лабораторных работ удаленного доступа – с использованием стендовой базы ОИВТ РАН, МГУ, ФИРАН и ИОФРАН. Всего подготовлено и издано более 200 методических указаний к лабораторному практикуму. К каждой работе имеется приборная база.

Курсовое и дипломное проектирование, практики и стажировки

Ежегодно в УНЦ ФЭ выполняется цикл курсового (12-16 студ.) проектирования по спец. курсам (кафедры Э3, Э8, физ.электроники МГУ, физики плазмы МГУ) и цикл дипломного проектирования и выполнения дипломных работ (4-8 чел.) (МГТУ, МГУ). УНЦ ФЭ предоставляет свою стендовую базу для прохождения практик как студентам и аспирантам МГТУ им. Н.Э. Баумана, так и МГУ, МФТИ, МИФИ и др. УНЦ ФЭ ежегодно организует и проводит школы-семинары, участвует в программах развития мобильности молодых ученых РФ по фотонной энергетике и фотонным технологиям. География научно-учебных связей УНЦ ФЭ охватывает ведущие ВУЗы, академические институты и промышленные предприятия по всей России, а так же ряд крупнейших научных центров Европы и США (МГУ, МФТИ, МИФИ, МЭИ, ТПУ, КГТУ, СПбГПУ, СПбГЭТУ, ОИВТ РАН, ФИАН, ИНХС РАН, ИОФРАН, ИПХФ РАН, ИЗМИ РАН, ИПМ РАН, НИЦ «Курчатовский институт», ФТИ РАН, ИСЭ СО РАН, ИТЭФ РАН, РКК «Энергия» и др.). Учебно-дидактические материалы, в т.ч. конспекты лекций издаются в бумажной и электронной версии.

НИР

В УНЦ ФЭ с участием студентов и аспирантов выполняется целый ряд фундаментальных и поисковых НИР по федеральным целевым программам ( в том числе «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы»); грантам Российского фонда фундаментальных исследований, президента РФ.

Основная тематика выполняемых НИР связана с фундаментальными и прикладными исследованиями динамики оптических, теплофизических, транспортных свойств экстремальных состояний вещества в условиях многофакторного воздействия (когерентное и тепловое коротковолновое излучение, гиперзвуковые потоки излучающей плазмы, потоки заряженных и нейтральных частиц), новых методов коллективного ускорения излучающей плазмы и нелинейных радиационно-плазмодинамических эффектов взаимодействия плазменных потоков и излучения с конденсированными, газовыми и плазменными средами.