Генерация пучков многозарядных ионов широкого спектра металлов на основе сильноточной короткоимпульсной вакуумной дуги

Проект направлен на решение актуальной научной проблемы, заключающейся в реализации условий многократной ионизации в плазме вакуумного дугового разряда для генерации пучков многозарядных ионов с рекордным уровнем зарядовых состояний. Решение этой проблемы основывается на повышении мощности, вкладываемой в разряд при сокращении длительности импульса вакуумной дуги субмикросекундного диапазона, в сочетании с оптимизацией конфигурации электродов разрядной системы и параметров разряда. Ранее такой подход был успешно продемонстрирован в рамках проекта РНФ-22-29-00118, на примере вакуумной дуги с катодом из висмута. В результате были получены сильноточные пучки с максимальным зарядовым состоянием ионов висмута 19+ и средней зарядностью 18+. Эти результаты открывают принципиальную возможность получения ионов с рекордными максимальными зарядовыми состояниями других элементов Периодической таблицы. В настоящем проекте предлагается проведение таких исследований по генерации ионных пучков широкого спектра элементов. Будет исследована выборка элементов, включающая углерод, магний, титан, медь, цирконий, ниобий, молибден, серебро, олово, лантан, гадолиний, свинец. В результате будут достигнуты максимальные зарядовые состояния ионов этих элементов, выявлена взаимосвязь этих состояний со строением электронных оболочек и физическими свойствами элементов, детально исследованы процессы и условия ионизации, приводящие к максимальным зарядовым состояниям в плазме разряда. Развитие этой тематики исследований представляется важной для изучения физических процессов в плазме импульсной вакуумной дуги. Результаты проекта могут оказаться прорывными и создать предпосылки для формирования нового научного направления - генерации импульсных сильноточных пучков для различных приложений науки и практики. Полученные при решении данной задачи результаты будут соответствовать мировому уровню. Генерация пучков многозарядных ионов важна, прежде всего, для двух направлений: ускорительной техники и технологии ионно-пучковой модификации поверхности. Пучки многозарядных ионов широко применяются для инжекции ионов в ускорители и магнитные ловушки, при моделировании взаимодействия ускоренных ионных потоков с плазмой, магнитными полями и поверхностью твердого тела, в технологической ионной имплантации, ядерной медицине и в ряде других направлений. Это, а также недостаточная изученность физических процессов, обеспечивающих достижение максимальных зарядовых состояний ионов в дуговой плазме, делают тематику данного проекта актуальной. Научная новизна исследований по проекту обусловлена самой постановкой задачи проекта, заключающейся в выявлении условий многократной ионизации в плазме вакуумной дуги, обеспечивающих генерацию ионов различных материалов с рекордной зарядностью, что предполагает использование принципиально новых методов и подходов к решению задач, не имеющих аналогов в мире. Достижимость решения поставленной проблемы и возможность получения запланированных результатов обоснованы: - наличием научного задела команды проекта в данной области, знание путей и методов решения задач проекта, конкретного плана по его выполнению; - достаточной для успешного выполнения проекта научной квалификации его участников; - успешным опытом совместной работы научной группы в области исследований по проекту; - имеющимся у коллектива научного задела и необходимого экспериментального и диагностического оборудования.