Физика пучков заряженных частиц — раздел физики, изучающий закономерности поведения направленных потоков заряженных частиц в вакууме, нейтральном газе и плазме. Пучки заряженных частиц, возникшие в космическом пространстве в виде галактических космических лучей и солнечного ветра, несут информацию об эволюции Вселенной, процессах в солнечной системе и околоземном пространстве. Пучки, созданные и сформированные в лабораторных условиях, служат инструментом для фундаментальных и прикладных исследований в различных областях физики, используются для генерации вторичных излучений (корпускулярных, электромагнитных) и для модификации свойств материалов. Прогнозирование поведения пучков заряженных частиц оказывается необходимым для решения задач астрофизики и физики солнечно-земных связей, ядерной физики, радиофизики, электроники, ядерной медицины, радиографии. Крупнейшие ускорительные комплексы, такие как ЦЕРН, включающий в себя Большой Адронный Коллайдер, решают фундаментальные задачи, в том числе связанные с верификацией Стандартной Модели и ее расширений, используя пучки электронов, позитронов, протонов, антипротонов и ионов, обладающих высокой энергией (до 100 ТэВ в проектируемом коллайдере FCC-hh) и высокой светимостью (до ~ 1034 — 1035 см-2с-1). Обнаружение и изучение свойств кварк-глюонной плазмы на примере коллайдера RHIC (Брукхэйвенская Национальная лаборатория) с использованием пучков ядер золота Au+79 требует светимости 1026 — 1027 см-2с-1 в точке встречи. Активно разрабатываемые сегодня лазеры на свободных электронах (FEL) предъявляют жесткие требования к параметрам электронных пучков (в частности, к 6D-конфигурации), которые влияют на когерентность и интенсивность электромагнитного излучения. Уменьшение массо-габаритных размеров установок (что необходимо в первую очередь для прикладных задач, таких как ионная и протонная терапия, литография, радиография), очевидно, может быть достигнуто путем перехода от традиционных ускорителей к установкам, использующим коллективные методы ускорения (PWFA, LWFA), с сохранением высоких требований к качеству пучка. При создании подобных сложных, многопараметрических и дорогостоящих ускорительных установок на стадиях концептуального и технического проекта должен проводиться тщательный анализ динамики пучка с использованием соответствующего математического аппарата. В ИФИТ РУДН в настоящий момент реализуются следующие проекты по теоретическому исследованию динамики интенсивных лептонных и адронных пучков:
- построение n-мерных самосогласованных моделей для анализа динамики пучков с высокой интенсивностью и высокой яркостью во внешних электромагнитных полях;
- разработка программы численного моделирования динамики интенсивного пучка для задач спектрометрии и ускорительной оптики;
- разработка теоретических моделей для изучения особенностей функционирования “table-top” ускорителей на базе PWFA, LWFA и DLA.
Руководитель направления в ИФИТ: Барминова Елена Евгеньевна (доцент НИЯУ МИФИ, доцент-исследователь ИФИТ РУДН (внешний совместитель)).
Контакты: eebarminova@mephi.ru; barminova_ee@pfur.ru