AP08855972 «Исследование явления убегания электронов в плотной квазиклассической плазме с учетом не Максвелловского распределения частиц»

Цель гранта и актуальность темы

Цель проекта – Разработка эффективных моделей взаимодействия частиц плотной квазиклассической неравновесной плазмы, учитывающих не Маквелловское распределение частиц по скоростям, и исследование на их основе явления убегания электронов.  

Квазиклассическая плазма — это плотная высокотемпературная плазма, возникающая внутри гигантских планет, белых карликов, в экспериментах по сжатию горячей плазмы. Она стала объектом интенсивных экспериментальных и теоретических исследований из-за огромного исследовательского потенциала в области инерционного термоядерного синтеза и астрофизики. При этом экстремальные значения плотностей и энергий приводят к существенному отклонению функции распределения частиц по скоростям от равновесного Максвелловского распределения. Измерения, выполненные космическими аппаратами, показали, что отклонение от Максвелловского распределения частиц часто обнаруживается в солнечном ветре, в плазме планетарных магнитосфер и некоторых других астрофизических объектах из-за присутствия частиц высоких энергий. Во многих ситуациях распределение имеет «супратермальный» степенной хвост в области высоких энергий. Были построены несколько возможных распределений, соответствующих эмпирическим данным. Среди них выделяется семейство κ (каппа) – распределений, поскольку оно хорошо моделирует  «супратермальный» степенной хвост и нашло интересные применения как в космической, так и в лабораторной плазме.

В представленном проекте мы рассматриваем очень интересное и привлекающее к себе огромное внимание явление убегания электронов в плотной квазиклассической плазме. В астрофизике роль высоко энергетичных электронов в гамма-всплеске во время сверхновой хорошо известна. Также установлено, что электроны с энергией ≥ МэВ могут вызвать серьезные проблемы в энергетических установках, например, для экспериментов по термоядерному синтезу . Явление убегающих электронов можно описать следующим образом: электроны плазмы во  внешнем электрическом поле могут перейти в состояние непрерывного ускорения. Это связано с падением силы трения, действующей на ускоряющийся в объемной плазме электрон, обратно пропорционально квадрату его скорости. У быстрых электронов эффект ускорения электрического поля может превышать эффект затухания, который обусловлен кулоновскими столкновениями в фоновой плазме. В этом случае группа электронов будет ускоряться, и первичные убегающие электроны начинают накапливаться при скоростях, близких к скорости света.

Итак, динамика убегающих электронов определяется конкуренцией двух факторов: ускоряющего электрического поля и преимущественно кулоновских столкновений с заряженными частицами. Энергия, которую электроны теряют при упругом столкновении, зависит от энергия взаимодействия частиц, так называемого потенциала взаимодействия частиц. Членами нашего коллектива был получен эффективный потенциал взаимодействия типа “электрон-заряд”, учитывающий такие важные эффекты, как коллективное экранирование и квантово-механический эффект дифракции. На длину экранирования влияет распределение частиц по скоростям, в частности, переход от Максвелловского распределения к каппа – распределению определенным образом отражается на длине экранирования, а также на тепловой длине волны де Бройля. В связи с этим, огромный интерес представляет собой получение новых эффективных потенциалов взаимодействия, учитывающих динамическую экранировку, квантово-механические эффекты и влияние неравновесного каппа-распределения. До настоящего момента никто не учитывал одновременно все эти эффекты. В этом и будет состоять инновационность проекта, а в результате применения этих эффективных потенциалов будут получены новые значимые результаты исследования явления убегания электронов, которые, надеемся, смогут сократить отклонение теоретических результатов от экспериментальных данных.  

Состав исполнителей

Джумагулова Карлыгаш Нурмановна

6505818372, N-4330-2014, 0000-0002-2937-4482

Машеева Ранна Уытбаевна

55185276700, O-2170-2014, 0000-0002-6950-662X

Мырзәлі М

54791001100, 0000-0003-3125-5957

Шаленов Ерик Онгарович

55693577400, M-7389-2015, 0000-0001-6469-6623

Сейсембаева Мадина Маратовна

57190004356, O-2073-2017, 0000-0003-3256-5957

Габдуллина Гульмира Лайкеевна

55694548300, O-2200-2014

Косымкызы Жансая

57216939171, 0000-0001-7413-6398

Ожидаемые результаты

Разработка эффективных моделей взаимодействия частиц плотной квазиклассической плазмы, учитывающих квантово-механические и коллективные эффекты, а также не Максвелловское каппа-распределение частиц по скоростям.

Октябрь 2020 г.-декабрь 2020 г.
Будут разработаны эффективные модели взаимодействия частиц плотной квазиклассической плазмы, учитывающие квантово­ механические и коллективные эффекты, а также не Максвелловское каппа- распределение частиц по скоростям. Будет сдан отчет.

Исследование столкновительных характеристик частиц плотной квазиклассической плазмы на основе разработанных моделей взаимодействия.

январь 2021 г.-до 15 ноября2021 г.
Будут исследованы столкновительные характеристики частиц плотной квазиклассической плазмы на основе разработанных моделей взаимодействия (дифференциальные и транспортные сечения рассеяния, статическая и динамическая частоты столкновений). Будет сдан отчет и будет опубликована 1 (одна) статья и (или) обзора в рецензируемом научном издании по научному направлению проекта, входящего в 1 (первый), 2 (второй) либо 3 (третий) квартили в базе Web of Science и (или) имеющего процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 50 (пятидесяти) предположительно в журналах: ’'Physics of Plasmas” (процентиль по CiteScore в базе Scopus 63), “High Energy Density Physics”(nponeHTHHb no CiteScore в базе Scopus 52) или Contributions to Plasma Physics.
Определение состава неравновесной плазмы
январь 2022 г.-июнь 2022 г.
Будет определён состав неравновесной плазмы. Будет сдан полугодовой отчет. Будут опубликованы 2 (две) статьи и (или) обзора в рецензируемых научных изданиях по научному направлению проекта, входящих в 1 (первый), 2 (второй) либо 3 (третий) квартили в базе Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 50 (пятидесяти) предположительно в журналах: ’’Physics of Plasmas” (процентиль по CiteScore в базе Scopus 63) или “High Energy Density Рhysics”(процентиль по CiteScore в базе Scopus 52), или Contributions to Plasma Physics; 1 (одна) статья в рецензируемом зарубежном и (или) отечественном издании с ненулевым импакт-фактором, рекомендованном КОКСОН предположительно в журнале: ’’Вестник КазНУ, серия физическая”.

Исследование явления убегания электронов на основе полученных столкновительных характеристик и состава плазмы в рамках разработанных моделей взаимодействия частиц плотной квазиклассической плазмы.

июль 2022 г.-1 ноября 2022 г.
Будет иссследована зависимость поляризуемости и параметра кинетической стабильности и проведены ИК исследования стеклообразных состояний спиртов и фреонов от температуры и давления. Используя уравнения Лоренца-Лорентца и Vogel-Fulcher-Tammann будет рассчитана поляризуемость и параметры кинетической стабильности стеклообразных состояний криоконденсатов спиртов и фреонов и будет получена информация о влиянии температуры и давления конденсации на положение и амплитуду полос поглощения. Будет опубликована 1 (одна) статья в рецензируемом зарубежном или отечественном издании с ненулевым импакт-фактором (рекомендованном КОКСОН);

Достигнутые результаты

по годам

2020

Разработаны эффективные модели взаимодействия частиц квазиклассической плазмы, учитывающие каппа-распределение частиц по скоростям

2021

Исследованы столкновительные характеристики частиц плотной квазиклассической плазмы на основе разработанных моделей взаимодействия.

 

Публикации