Научный проект Университета Лобачевского в рамках Программы 5-100

Учёными Университета Лобачевского А.М. Пуховым, Н.В. Введенским и А.В. Кудриным реализуется проект «Суперкомпьютерные технологии в нелинейной оптике, физике плазмы и астрофизике».

Основной задачей проекта является разработка вычислительных программных комплексов, численных моделей и алгоритмов для моделирования с использованием суперкомпьютерных технологий нелинейно-оптических, плазменных и астрофизических процессов и явлений, характеризуемых высокой плотностью электромагнитной энергии, включая:

• взаимодействие ионизирующих ультра-коротких лазерных импульсов с различными средами;
• радиационные и квантовые процессы в экстремально сильных электромагнитных полях;
• формирование лазерно-плазменных источников электромагнитного излучения в труднодоступных спектральных диапазонах;
• ускорение заряженных частиц в плазме;
• быстрый поджиг в инерциальном термоядерном синтезе;
• нелинейно-оптические процессы в наноструктурных материалах;
• динамику плазмы и излучения вблизи нейтронных звезд;
• ускорение частиц в активных ядрах галактик, микроквазарах и источниках гамма-всплесков.

В результате выполнения проекта в 2013–2014 гг. разработаны численные модели, алгоритмы и вычислительные программы для моделирования:

1. динамики волновой функции электрона при воздействии на атом интенсивного электромагнитного поля,
2. преобразования спектров коротких интенсивных лазерных импульсов при ионизации газов и конденсированных сред,
3. развития квантово-электродинамических каскадов в экстремально сильных электромагнитных полях,
4. лазерно-плазменной генерации гамма-квантов,
5. процессов переноса поляризованного излучения в верхних слоях атмосфер нейтронных звезд с сильным магнитным полем. 

С использованием разработанных численных моделей, алгоритмов и вычислительных программ были получены следующие результаты: 

• рассчитаны процессы ионизации атомов и генерации поляризационных токов при взаимодействии интенсивных предельно коротких лазерных импульсов с различными средами и определены оптимальные условия для наиболее эффективной генерации поляризационных токов в различных спектральных диапазонах; 
• рассчитаны параметры терагерцевого излучения, генерируемого при ионизации газа бихроматическим фемтосекундным лазерным импульсом, содержащим помимо поля на основной частоте слабое добавочное поле, перестраиваемое вблизи частоты половинной гармоники основного поля;
• предложены новые схемы ускорения электронов в плазменных структурах, облучаемых последовательностью сфазированных лазерных импульсов, и найдены условия, при которых может быть достигнут темп ускорения электронов на два порядка выше темпа, наблюдаемого в экспериментах по лазерно-плазменному ускорению, и на пять порядков выше темпа в современных стандартных ускорителях;
• рассчитаны процессы развития квантово-электродинамического каскада в поле двух сталкивающихся экстремально интенсивных лазерных импульсов, образующих в момент столкновения стоячую волну, и определены оптимальные условия для образования наибольшего числа электронов, позитронов и фотонов в ходе развития такого каскада;
• рассчитаны процессы излучения фотонов высоких энергий при взаимодействии сверхмощных лазерных импульсов с тонкими пленками, определены оптимальные условия для достижения наибольшей эффективности генерации гамма-квантов и показано, что с использованием уже существующих лазерных систем возможно создание источников гамма-квантов, значительно превосходящих классические источники по производительности, яркости и мощности;
• рассчитаны спектры излучения атмосфер нейтронных звезд с сильным магнитным полем и проанализирована возможность появления циклотронного ветра в таких атмосферах, возникающего из-за силы давления излучения в циклотронной линии.

Ссылка на оригинал статьи