Кафедра оптики физического факультета СПбГУ

Лаборатория радиационных и столкновительных процессов

Научная тематика лаборатории
охватывает широкий круг проблем, связанных с экспериментальным и теоретическим исследованием процессов излучения атомов и молекул и их столкновений друг с другом и с электронами. Средой, в которой изучаются эти процессы, является плазма, пучки частиц или просто газ. Полученные результаты позволяют установить природу и свойства как самих исследуемых частиц, так и их ансамблей - той же плазмы, например, или кластеров (правильных структур, состоящих из десятков или сотен атомов), или эксимерных молекул (молекул, существующих только в возбужденном состоянии), и т.д. Лаборатория участвует в работах по различным международным и российским грантам и тесно сотрудничают с коллегами из Великобритании, Германии, США, Франции. Студенты и аспиранты принимают активное участие в этих работах. В составе лаборатории 5 докторов наук и 4 кандидата. Заведующий лабораторией - профессор Юрий Зиновьевич Ионих.

Группа исследования неравновесной атомно-молекулярной плазмы (руководитель профессор Юрий Зиновьевич Ионих) занимается экспериментальным исследованием свойств плазмы в инертных и молекулярных газах и в их смесях. Основная цель этих исследований — получение информации о процессах, протекающих в такой плазме, и определяющих ее характеристики. Эта информация необходима для понимания работы всех плазменных устройств (лазеров, источников света, плазмохимических реакторов и др.) и для создания теории таких систем. В эксперименте применяются в основном оптические методы исследований - излучения и поглощения, а также зондовые методы. Измерения ведутся в условиях стационарной или нестационарной плазмы. В последнем случае изучается начальная стадия разрядного импульса или, наоборот, плазма после окончания импульса, на стадии ее распада (“послесвечения”), и исследуются временные зависимости измеряемых величин. В числе полученных результатов - новые явления, например, резкий скачок электронной температуры в распадающейся плазме и существование “темной фазы” (промежутка отсутствия свечения) плазмы в начальной стадии разряда, а также ранее не известная форма разряда - частично-контрагированный разряд. В настоящее время исследуется "волна ионизации" - градиент потенциала, возникающий в момент электрического пробоя и движущийся по разрядной трубке со скоростью 10⁸см/с.

Профессор Александр Зурабович Девдариани со студентами и аспирантами занимается теоретическим изучением процессов столкновений в диапазоне энергий от 10^-7эВ до килоэлектронвольт (что соответствует температуре от милликельвин до 10⁷К). Такой диапазон покрывает процессы от сверх-охлажденного вещества до “горячей” термоядерной плазмы. Основное внимание в последние годы уделяется изучению “оптических следов” процессов столкновений, т.е. излучению или поглощению света, инициированному столкновениями. С этой целью разработана теория угловых распределений при столкновениях атомов в лазерном поле, которая, в принципе, позволяет решать задачи об управлении движением атомов с помощью излучения. Другое развиваемое направление связано с развитием принципиально нового подхода в спектроскопии плотной горячей плазмы, когда основные параметры плазмы определяются по сателлитам в крыльях спектральных линий многозарядных ионов.

Группа электронно-атомных процессов взаимодействия (профессор Алла Александровна Митюрева, профессор Валерий Владимирович Смирнов) изучает процессы возбуждения и ионизации атомов, находящихся в основном или в возбужденном состояниях, при столкновениях с электронами и фотонами. Такие процессы протекают в различных плазменных средах, например, в межзвездной плазме, в атмосфере Земли, в активных средах лазеров и др. и играют в них существенную роль. Процесс ионизации атомов в сильном лазерном поле исследуется для частот поля от видимого до рентгеновского диапазона. Вероятности этого процесса важны для изучения взаимодействия лазерного излучения с веществом и актуальны в связи с созданием уникальных лазерных систем, таких, например, как рентгеновский лазер на свободных электронах. Методы исследования – натурный и компьютерный эксперименты. Натурный эксперимент использует пучок моноэнергетических электронов, компьютерный – основан на квантово-механических методах расчета, и, в конечном счете, эти методы позволяют определить в абсолютной мере вероятности взаимодействия. В группе разрабатываются новые, оригинальные экспериментальный и теоретический методы исследования, предложены весьма интересные способы временного и пространственного разделения устойчивой и нестабильной мишеней и впервые получен ряд важных оригинальных результатов по указанным процессам.

Доцент Николай Александрович Крюков ведет оптические исследования эксимерных молекул. Эксимерные молекулы образуются в плазме при столкновениях возбужденных атомов с нормальными и существуют в течение короткого времени, а затем распадаются в результате излучения или столкновений. Излучение эксимерных молекул может быть очень ярким. Именно такие молекулы используются в получивших широкое распространение эксимерных лазерах. В экспериментах Н.А.Крюкова проводятся требующие большого искусства оптические измерения в далеком (т.н. вакуумном) ультрафиолетовом диапазоне длин волн с использованием методов физического эксперимента на базе компьютерных технологий. Развитие и применение информационных технологий для изучения особенностей измерения объектов микро- и нано-масштабов составляет самостоятельный предмет интересов современной быстро развивающейся области квантовой физики.

Доцент Георгий Викторович Жувикин ведет исследования по оптике кластеров и наноструктур. Здесь изучаются свойства веществ при переходе от отдельных атомов и молекул к наночастицам и сплошным телам. В результате таких исследований, например, было предложено обобщение Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева на случай малых кластеров и молекул. Основной метод исследования - аналитические квантовомеханические вычисления и компьютерное моделирование. С обзорами прикладных задач, связанных с развиваемыми в этой научной группе идеями по оптике наноструктур, можно ознакомиться по циклу статей Г.В.Жувикина опубликованных в разное время в журнале “Компьютерра” (www.computerra.ru).