В начале июля стали известны имена сотрудников НИЯУ МИФИ, чьи заявки на научные исследования в Российский научный фонд (РНФ) были одобрены и получили финансовую поддержку.
Среди победителей конкурса молодёжных научных групп оказался коллектив под руководством доцента ИЯФиТ, к.ф.-м.н. Андрея Майорова (проект «Изучение динамики частиц в магнитосфере Земли на основе данных эксперимента ПАМЕЛА и численного моделирования потоков антипротонов, изотопов водорода и гелия»).
Поддержанный проект посвящён изучению химического состава, энергетических спектров и временной динамики потоков заряженных частиц в магнитосфере Земли. Работа будет основана на данных космофизического эксперимента ПАМЕЛА, разработанного в т.ч. для решения подобных задач и проводившегося на околоземной орбите с 2006 по 2016 гг.
В состав магнитного спектрометра ПАМЕЛА входит набор детекторных систем, позволяющих надёжно идентифицировать тип частиц и с высокой точностью измерять их энергию и направление прилёта. В рамках проекта планируется изучить временную и энергетическую зависимости вариаций потоков антипротонов, протонов и ядер гелия, а также их изотопов в широком диапазоне энергий в области радиационного пояса и на его границах в течение почти полного 11-летнего солнечного цикла. Также прибор даёт возможность восстановить альбедные потоки перечисленных частиц, включая область высоких геомагнитных широт, определить границы области захвата, исследовать угловые характеристики потоков космических лучей в магнитосфере, и выполнить многие другие важные измерения.
Основываясь на полученных экспериментальных результатах, планируется разработать программную среду для численного моделирования процессов, происходящих с заряженными частицами в околоземном пространстве. Это даст эмпирическое описание потоков заряженной компоненты космических лучей в разное время в магнитосфере Земли, в том числе в областях, где сегодня отсутствуют прямые измерения.
Таким образом, ожидаемые результаты должны улучшить фундаментальное понимание физики околоземного пространства, а также могут быть использованы для детального определения и прогноза радиационной обстановки в зависимости от уровня солнечной активности и прочих факторов.
Другой обладатель гранта — проект «Наножидкости в системах сбора и хранения солнечной и геотермальной энергии», реализуемый под руководством доцента ИЯФиТ, кандидата наук (PhD) Бориса Балакина.
Этот проект направлен на повышение эффективности теплообмена в системах сбора и хранения солнечной и геотермальной энергии посредством разработки нового класса теплоносителей на основе наножидкости.
Наножидкость — это стабильная дисперсия наночастиц твёрдого материала (металла, углерода или кремния) в жидкой среде. По своим теплофизическим свойствам она напоминает жидкие металлы, потому что имеет высокую теплопроводность, возможность эффективного поглощения солнечного излучения и магнитного управления течением. Это способствует успешному применению наножидкостей в различных энергетических системах, повышению эффективности отбора тепла до полутора раз.
Проект предполагает проведение комплексных исследований, начинающихся с разработки теоретических и численных моделей для описания процессов теплообмена в солнечном коллекторе и скважине для параметрической оптимизации состава наножидкостей: концентрации и размеров наночастиц, их материала и типа дисперсионной среды, «несущей» наночастицы. Следующими этапами проекта являются синтез наножидкости с использованием материалов отечественного производства и экспериментальная проверка её эффективности на разработанных в рамках проекта прототипах солнечного коллектора прямого поглощения, скважинного теплообменника и сезонного аккумулятора тепла в грунте.
Согласно предварительным оценкам, полученным при экстраполяции статистических данных 2003-2011 гг., использование наножидкостей в действующих российских системах возобновляемой энергии позволит получить дополнительно 9,1 МВт тепла в год. Это приведёт к экономии электроэнергии на сумму более 150 млн. руб (без учёта капитальных затрат). В случае развития возобновляемой энергетики в России по общемировому сценарию, эти цифры вырастут на два порядка и позволят предотвратить выбросы парниковых газов на уровне оценочных 2,3 млн.т. СО2-экв.
В конкурсе инициативных исследований молодых учёных также победил проект «Метаповерхности как объект и инструмент диагностики» (руководитель — Дарья Сергеева).
Метаматериалы — это искусственно созданные структуры, которые проявляют уникальные оптические свойства, например, аномальное отражение или преломление. Двумерные метаматериалы называют метаповерхностями, то есть это плоские структуры, у которых размер в одном из направлений много меньше длины волны.
Метаповерхности, хотя и являются частным случаем метаматериалов, в последние несколько лет привлекают особенное внимание исследователей по всему миру, поскольку позволяют выделить «мета»-эффекты, освободившись от влияния объёмного поглощения. Эти исследования особенно важны, например, в терагерцовой области частот, у которой есть просто гигантское количество приложений и при этом слабее всего разработаны фундаментальные основы явлений. Большая часть ведущихся исследований связана с рассеянием света на метаповерхностях. В лаборатории «Излучение заряженных частиц» (ИНТЭЛ НИЯУ МИФИ) наряду с изучением оптических свойств таких структур ведутся исследования взаимодействия заряженных частиц с метаповерхностями.
В рамках проекта планируется проведение фундаментальных исследований радиационных явлений, возникающих при взаимодействии электронных пучков с метаповерхностями, включая генерацию объёмных волн, локализованных и поверхностных плазмон-поляритонов, исследование плазмонных резонансов, исследование влияния микроскопических свойств системы на эти процессы — то есть явлений, несущих полную информацию о свойствах метаповерхности и свойствах электронных пучков.
Проект направлен на развитие систем диагностики наноструктур и диагностики релятивистских электронных сгустков. Для получения новых возможностей в обоих этих направлениях необходимы фундаментальные расчёты характеристик излучения при взаимодействии электронов с наноразмерными структурами, на что и нацелен проект.
Условия конкурса допускают участие в проекте студентов, поэтому к работе планируется привлечь студента ИНТЭЛ Дамира Гараева. В рамках НИРС он уже начал изучать метаповерхности и получил очень неплохие результаты; теперь его научные исследования будут востребованы в рамках данного проекта.