Экспериментальная база

Многопрофильность института, широта спектра научных направлений его фундаментальных и прикладных исследований стимулировали создание соответствующей экспериментальной базы. И с этой точки зрения ИПФ РАН — площадка масштабной разработки и создания экспериментальных комплексов, стендов и установок, необходимого технологического оборудования и сооружений. По ряду позиций ИПФ обладает уникальными возможностями в проведении экспериментальных исследований на мировом уровне.
Перечисленные ниже установки относятся к наиболее крупным экспериментальным стендам института.

В области физики плазмы и электроники:

 
 
Сильноточный ускоритель электронов
с СВЧ-генератором стенда «Крот»

Плазменный стенд «Крот», объединяющий сильноточный ускоритель (700 кэВ, 5 кА), набор мощных СВЧ-генераторов, вакуумную камеру рекордно большого объема (длина 10 м, диаметр 3 м) для получения высокооднородной плазмы c широким набором диагностик. Входит в состав УНУ «Комплекс крупномасштабных геофизических стендов»

Сильноточные электронные ускорители, снабженные рентгеновской защитой, магнитными системами (с импульсными и сверхпроводящими соленоидами), квазиоптическими трактами, диагностическими комплексами и автоматизированными системами регистрации и обработки информации. Среди них:

  • сильноточный ускорительный комплекс (700 кэВ, 7 кА, 17 нс), работающий с высокой тактовой частотой (до 100 Гц) и предназначенный для отработки релятивистских СВЧ-генераторов, используемых в качестве источников мощных зондирующих импульсов электромагнитного излучения в экспериментальных и тестовых установках;
  • стенд «Синус-6» с энергией электронов 0,5 МэВ, на котором проводятся макетные исследования СВЧ-источников и их отдельных узлов. Позволяет существенно интенсифицировать исследования благодаря возможности оперативного изменения параметров электронного пучка;
  • стенд «Сатурн» с термоэмиссионным инжектором для получения токовых импульсов большой длительности;
  • стенд «МЦАР» (300 кэВ, 100 А, 10 мкс, тактовая частота до 1 Гц), на котором решаются проблемы, связанные с созданием генераторов и усилителей на
     
     
    Вакуумная камера стенда «Крот»
    индуцированном циклотронном излучении релятивистских электронных пучков. Используемая термоэмиссионная электронная пушка позволяет формировать высококачественные пучки с необходимой конфигурацией электронных траекторий.
  • Комплекс экспериментальных стендов для исследования мощных гиротронов, оснащенных криомагнитами (с максимальной индукцией магнитного поля от 5,5 до 7 Тл), высоковольтными источниками питания и автоматизированной системой контрольно-измерительной аппаратуры.
    В состав комплекса входят:
  • три экспериментальных стенда для исследований гиротронов и гироклистронов, предназначенных для различных технологических применений, включая гироклистроны для радаров (на частотах 35 и 94 ГГц с выходной импульсной мощностью порядка и более 100 кВт) и технологические гиротроны, работающие в диапазоне частот 24—30 ГГц (с использованием постоянных магнитов и «теплых» соленоидов) и на частотах выше 35 ГГц (со сверхпроводящими магнитными системами);
  • набор стендов для исследования пространственных амплитудно-фазовых структур электромагнитных полей электродинамических устройств и мощных СВЧ-приборов.
 
 
CVD-реактор на основе 28 ГГц гиротрона

Комплекс установок для выращивания высококачественных алмазных пленок. Стенд включает микроволновый CVD-реактор (Chemical Vapor Deposition), использующий плазму импульсного СВЧ-разряда на частоте 2,45 ГГц, стандартный микроволновый CVD-реактор с использованием непрерывного СВЧ-разряда на частоте 2,45 ГГц, а также экспериментальную установку по осаждению алмазных пленок с использованием СВЧ-излучения непрерывного гиротрона мощностью 10 кВт на частоте 30 ГГц.

Многофункциональный стенд на основе ЭЦР-разряда, поддерживаемого излучением мощного гиротрона в магнитной ловушке в условиях электронно-циклотронного резонанса. Стенд используется для создания источников мягкого рентгеновского излучения и сильноточных пучков многозарядных ионов с высокой яркостью.

Экспериментальный плазмохимический стенд для проведения экспериментов по осаждению пленок широкозонных (нитриды, карбиды и др.) и обычных полупроводников (включая изотопно-модифицированные) с микро- и нанокристаллической структурой на основе ЭЦР-разряда, поддерживаемого излучением гиротрона мощностью 5 кВт с частотой 24 ГГц, работающего в непрерывном режиме.
Экспериментальный стенд для исследования газового разряда в квазиоптических пучках электромагнитных волн терагерцового диапазона.

В области геофизических исследований, акустики и гидроакустики:

 
Большой термостратифицированный
бассейн
 

Большой термостратифицированный опытовый бассейн (длина 20 м, ширина 4 м, глубина 2 м) предназначен для масштабного физического моделирования волновых процессов в верхнем слое океана и приповерхностном слое океан — атмосфера. Здесь реализован оригинальный способ получения температурной стратификации водного слоя, воспроизводящий типичный профиль глубинной зависимости температуры вод в реальном океане в соотношении порядка 1 : 100. Бассейн оборудован прямоточным высокоскоростным ветроволновым каналом для моделирования в широком диапазоне скоростей ветра (вплоть до ураганных условий). Входит в состав УНУ «Комплекс крупномасштабных геофизических стендов»

Кольцевой ветроволновой стратифицированный бассейн (длина 20 м, сечение гидроканала 0,3 × 0,6 м) предназначен для моделирования динамики ветрового волнения и его взаимодействия с внутренними волнами и пленками поверхностно-активных веществ, для апробации методов дистанционного (радиолокационного и оптического) зондирования морской поверхности.

Гидроакустический бассейн (4,5 × 3,5 × 3 м) предназначен для моделирования процессов распространения и нелинейного взаимодействия акустических волн в неоднородных средах, калибровки измерительной аппаратуры.

Автоматизированный корабельный комплекс предназначен для регистрации радиолокационными и оптическими методами пространственно-временных параметров волнения водной поверхности в реальном времени.

Комплекс аппаратуры для исследования атмосферного электричества, в том числе грозовой активности, предназначен для измерения вариаций электрического поля и тока проводимости в условиях хорошей погоды и во время гроз, для мониторинга грозовой активности и контроля радиоизлучения грозовых облаков в широком диапазоне частот с высоким временным разрешением.

Морской автономный измерительный комплекс предназначен для исследования характеристик шумоизлучения и акустического портретирования протяженных источников (апертура антенны 200 м, глубина установки до 300 м, динамический диапазон антенны до 120 дБ).

Пассивный наземный радиометрический комплекс для дистанционного зондирования термической структуры стратосферы и мониторинга озонового слоя Земли на высотах 15—70 км.

Акустическая заглушенная (безэховая) камера (рабочий объем 100 м3, уровень шума 26 дБ) предназначена для масштабного моделирования и испытаний излучающих систем и конструкций, апробации методов акустических измерений, тестирования звукоприемных устройств.

Стенд масштабного акустического моделирования для апробации и наладки измерительных средств, испытаний и исследований акустических моделей виброактивных конструкций.

Комплект аппаратуры для виброакустического контроля предназначен для натурных исследований шумоизлучения и вибрационных полей различных источников.

Низкочастотные гидроакустические излучатели различных диапазонов частот (от десятков герц до единиц килогерц) с высокой мощностью излучения и КПД (макетные образцы).

Гидроакустические кабельные антенны (объединяющие до 64 цифровых гидрофонов) предназначены для натурных измерений и модельных исследований в области гидроакустики.

Приемно-излучающий гидроакустический комплекс предназначен для низкочастотного акустического мониторинга акваторий мелкого моря и зондирования морского дна.
Мобильный приемно-излучающий сейсмоакустический комплекс предназначен для диагностики поверхностных слоев земных пород и инженерной сейсморазведки методами когерентной сейсмоакустики высокого разрешения (рабочий диапазон 20—1000 Гц).

Компьютерный кластер (64 ядра, 512 ГБ оперативной памяти) для численного моделирования акустических, вибрационных характеристик упругих конструкций методом конечных элементов.

В области лазерной физики и нелинейной оптики:

 
Общий вид мультипетаваттного лазера PEARL-10
  

Комплекс для выращивания крупногабаритных водорастворимых кристаллов. Комплекс позволяет выращивать уникальные водорастворимые кристаллы размером 450 × 450 × 600 мм для нелинейного преобразования частоты мощного лазерного излучения.

Субпетаваттный параметрический усилитель фемтосекундных импульсов на кристалле DKDP мощностью 0,5 пВт, длительностью импульса 72 фс, энергией в импульсе 10 Дж, длиной волны излучения 911 нм. КПД усиления по энергии 27 %.

Тераваттный фемтосекундный лазер с длительностью импульса 80 фс, энергией в импульсе 80 мДж, длиной волны 0,8 мкм и частотой следования импульсов 10 Гц.

Импульсно-периодические лазерные системы с длительностью импульса от 25 пс до 100 нс, с энергией в импульсе от 100 мДж до 2,5 Дж, длиной волны от 0,53 до 1,2 мкм.

Широкоапертурный интерферометр-профилометр для контроля характеристик оптических элементов с ангстремной точностью.

Оптические когерентные томографы. Предназначены для неповреждающей диагностики биотканей на глубину 2 мм с пространственным разрешением 10 мкм.

В области физики конденсированного состояния и квантовой физики:

Установка лазерного пленения и охлаждения вещества предназначена для получения газа атомов и молекул в квантово-вырожденном состоянии с температурой до 20 нК.

Экспериментальный стенд для исследований в области квантовых информационных и телекоммуникационных технологий.

Большой стратифицированный бассейн, плазменные и электродинамические стенды на основе современных гиротронов, фемтосекундные лазерные стенды, включая стенд с субпетаваттным уровнем мощности, стенды когерентной оптической томографии, активно-пассивный комплекс микроволнового зондирования атмосферы и подстилающей поверхности, комплекс мощных акустических излучателей, аппаратуру для создания и контроля новых полупроводниковых материалов и наноструктур и ряд других установок ИПФ РАН предоставляет для использования сторонним организациям
в рамках ЦКП «Волновые и квантовые технологии».

Поблемно-ориентированные поисковые и прикладные исследования по приоритетным направлениям областям знаний, проводимых в ИПФ РАН на уникальных научных установках