Периодические структуры в электромагнитных процессах в физике высоких энергий и космической энергетике больших мощностей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, доктор наук Тугаенко Вячеслав Юрьевич

• Тугаенко Вячеслав Юрьевич
• доктор наук
• 2019

Оглавление диссертации доктор наук Тугаенко Вячеслав Юрьевич

Введение

Глава 1. Методы исследований и создания периодических структур с заданными свойствами

1.1 Монокристаллы тяжелых элементов, характеристики, методы исследования

1.2 Полупроводниковые кристаллические структуры для

фотоэлектрических преобразователей и лазеров

Выводы к главе

Глава 2. Электромагнитные взаимодействия электронов и

фотонов высокой энергии с периодическими структурами

2.1 Когерентное рождение электронно-позитронных

пар в монокристаллах

2.2. Эффект «сильного поля»

2.3. Экспериментальные исследования

2.3.1. Исследование и подготовка мишеней

2.3.1.1. Исследование совершенства монокристаллических

вольфрамовых мишеней на гамма-дифрактометре

2.3.1.2 Исследование когерентного тормозного

излучения электронов на монокристаллах вольфрама

2.3.2. Экспериментальные установки и методы ориентирования мишеней на пучках частиц

2.3.2.1. Ориентирование монокристаллической мишени на пучке «меченых» гамма-квантов электронного синхротрона С25-Р.

2.3.2.2. Телескоп Гамма-1

2.3.2.3 Ориентирование монокристаллов по выходу электромагнитного ливня

2.3.3. Результаты экспериментальных исследований

2.3.3.1. Образование электрон-позитронных пар у-квантами высоких энергий в ориентированных кристаллах

2.3.3.2 Радиационные потери заряженных частиц при

движении вдоль осей кристаллов

2.3.3.3. Развитие электромагнитных ливней в кристаллах

вольфрама и кремния

Выводы к главе

Глава 3. Спектрометрия высокоэнергетического гамма излучения с помощью ориентированных кристаллов

3.1 Космическая гамма-спектрометрия высоких энергий

3.1.1 Сцинтилляционный спектрометр телескопа «Гамма-1»

3.1.2 Гамма-телескоп БегшьЬАТ

3.1.3 Координатно-чувствительный калориметр гамма-телескопа «Гамма-400»

3.2 Спектрометрические «тяжелые» прозрачные

кристаллы (СТПК)

3.2.1 Вольфраматы и галлий-гадолиниевые гранаты

3.3 Развитие электромагнитных ливней в СТПК

3.3.1 Каскадные кривые

3.3.2 Ориентационные кривые

3.4 Направленная спектрометрия космических гамма-источников

сверхвысокой энергии

Выводы к главе

Глава 4 Космическая энергетика больших мощностей и беспроводная передача электрической энергии (БПЭЭ) лазерным ИК излучением

4.1 Современное состояние и перспективы космической энергетики

4.2 Ядерные энергоустановки

4.3 Космические транспортные системы и БПЭЭ

4.4 Дистанционное энергоснабжение автономных и малых КА

4.5 Системы БПЭЭ лазерным ИК излучением

Выводы к главе

Глава 5 Формирование узких лазерных инфракрасных пучков и их наведение для передачи энергии и информации

5.1 Узконаправленные лазерные пучки

5.1.1 Эффективные лазерные системы ИК диапазона

5.1.2 Схемы формирования узконаправленных пучков

5.2 Экспериментальные исследования характеристик лазерных пучков

5.3 Наведение лазерных пучков в атмосфере

5.3.1 Экспериментальная трасса 1,5 км

5.3.2 Методы наведения пучка на приемник

Выводы к главе

Глава 6 Эффективное преобразование интенсивного лазерного излучения в полупроводниковых фотоэлектрических приемниках-преобразователях

6.1 Теоретические оценки эффективности преобразования монохроматического лазерного излучения ФЭП

6.2 Исследования влияния структуры и компонентов ФЭП на эффективность преобразования ИК монохроматического излучения

6.3 Приемники-преобразователи для неравномерной

освещенности

Выводы к главе

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Список использованной литературы

Введение

Достаточно часто в технике и в окружающем мире мы сталкиваемся с периодическими структурами - системами, совмещаемыми сами с собой при параллельном переносе на некоторое конечное расстояние. Встречаются такие структуры и в живой природе, а известный современной науке диапазон характерных масштабов для объектов с периодической структурой простирается от микромира до белых карликов. Такая форма организации вещества имеет достаточно много особенностей при взаимодействии с электромагнитными полями и в настоящей работе излагаются результаты исследований автора, связанные с изучением специфического «усиления» взаимодействия излучения с упорядоченным веществом для применения этих эффектов в научно -технических приложениях в энергетике и физике высоких энергий.

Актуальность темы исследования

В конце восьмидесятых годов прошлого века было показано экспериментально и теоретически, что взаимодействие заряженных частиц и у-квантов с энергиями в десятки и сотни Гэв с ориентированными кристаллами обладает многими необычными свойствами. Теоретическое описание наблюдаемых изменений в сечениях основных электродинамических процессов потребовало применения квантовой электродинамики в сильных полях, превосходящих критическую величину Eо = (ш2с3)/(еЬ)= 1,32 1016 вольт/см.

Такое поле на комптоновской длине волны электрона производит работу, равную массе покоя электрона. В природе

экстремально сильные поля могут реализовываться вблизи пульсаров и "черных дыр". Оказалось, что при прохождении заряженных частиц и у -квантов вдоль осей монокристаллов также могут реализовываться условия сильных полей. Это новое научное направление интенсивно исследовалось на ускорителях ЦЕРН, Ботавия, ИФВЭ, ФИАН. Нашей научной группой (ФИАН, МИФИ, РКК «Энергия) был получен ряд новых научных результатов в этой области, часть из которых вошла в представляемую диссертационную работу. Эта область исследований представляет интерес не только с точки зрения проверки положений квантовой электродинамики в экстремальных условиях, но и дает возможность в лабораторных условиях воспроизводить параметры полей, характерных для астрофизических объектов, представляющих интерес для современной науки.

Новые знания об особенностях развития электромагнитных каскадов в ориентированных средах, включая прозрачные кристаллы, используемые для спектрометрии излучения, могут послужить базой для разработки новых методов измерения у -спектров астрофизических источников в области десятков и сотен ГэВ, в которой по современным представлениям спектр многих источников может изменяться из-за возможного присутствия темной материи.

Исследования по применению периодических структур для беспроводной передачи энергии лазерным ИК излучением между космическими аппаратами важны для быстро развивающейся космической энергетики больших мощностей. Космические энергоустановки в настоящее время уже обеспечивают мощность в десятки киловатт, на МКС достигнут уровень в сотни КВт, а новые

идущие проекты могут привести и к большим мощностям на борту космического аппарата. До настоящего времени каждый космический аппарат обеспечивал свои энергетические нужды собственной энергоустановкой, но с появлением космических аппаратов-электростанций скорее всего будет экономически эффективней передавать энергию с помощью беспроводных технологий на летающие на разных орбитах космические буксиры, промышленные установки, работающие в невесомости и прочим потребителям электрической энергии. Это положение делает задачу развития новых технологий беспроводной передачи энергии между КА практически востребованной на современном этапе развития космонавтики.

Степень разработанности темы исследования

В работах по исследованиям влияния периодических структур на электромагнитные процессы в физике высоких энергий тематика проведенных исследований разработана от постановки задачи по экспериментальному обнаружению новых физических явлений значительного роста сечений электродинамических процессов в ориентированных кристаллах до проведения цикла экспериментальных исследований на крупных современных физических установках (ускорителях ИФВЭ, ФИАН, ядерном реакторе ЛИЯФ) с получением завершенных научных результатов по ускоренному развитию электромагнитных каскадов в монокристаллах вольфрама и тяжелых спектрометрических монокристаллах гадолиний-галлиевого граната и вольфрамата.

По направлению работ, связанному с исследованиями по применению периодических структур для беспроводной передачи энергии лазерным ИК излучением автором предложена технология

дистанционного энергоснабжения лазерным излучением космических аппаратов и беспилотных летательных аппаратов, проведен цикл работ по разработке экспериментальных методов изучения физических свойств создаваемых для данного направления исследований полупроводниковых фотоэлектрических

преобразователей, приемников-преобразователей лазерного излучения высокой плотности с существенно неравномерной освещенностью площади приемника, физических характеристик создаваемых для разрабатываемой технологии интенсивных узконаправленных лазерных пучков. Проведены 14 НИОКР и инновационных проектов в основном под научным руководством автора по исследованиям и разработке физических основ разрабатываемой технологии и космической энергетике больших мощностей. Получены 1 1 патентов по теме исследования. На основании результатов, полученных при проведении исследований, проведен ряд демонстрационных экспериментов по беспроводной передаче электрической энергии лазерным излучениям в турбулентной атмосфере на дистанции 1, 5 км.

Цели и задачи исследования

В работе изучаются две проблемы, имеющие научный и прикладной характер. Первое направление исследований связано с экспериментальным изучением взаимодействия электронных и гамма пучков высокой энергии (десятки ГэВ) с ориентированными монокристаллами с большим удельным весом: вольфрам, гадолиний-галлиевый гранат, вольфрамат, что позволило исследовать радиационные процессы в существенно квантовой области сильных электромагнитных полей. На основе полученных результатов был проведен анализ возможностей применения

обнаруженных эффектов «ускоренного» развития электромагнитных ливней для спектрометрии высокоэнергетических астрофизических гамма-источников.

Второе направление исследований направлено на разработку экспериментальных методов изучения физических свойств полупроводниковых структур для задач беспроводной передачи электрической энергии лазерным инфракрасным излучением и создания физических основ технологии дистанционного энергоснабжения автономных летательных аппаратов на Земле и в космосе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Периодические структуры в электромагнитных процессах в физике высоких энергий и космической энергетике больших мощностей»

Цели работы:

• Экспериментальное исследование взаимодействия электронных и гамма пучков высокой энергии (десятки ГэВ) с ориентированными монокристаллами с большим удельным весом (вольфрам, гадолиний-галлиевый гранат, вольфрамат) для научно-технического обоснования метода направленной спектрометрии для внеатмосферной астрофизики;

• Разработка экспериментальных методов изучения физических свойств полупроводниковых структур для задач беспроводной передачи электрической энергии лазерным инфракрасным излучением и создание физических основ технологии дистанционного энергоснабжения автономных летательных аппаратов на Земле и в космосе.

Для достижения поставленных целей решались следующие задачи:

Комплексное изучение физических свойств периодических структур с большим эффективным зарядом ядра на

электронных и гамма пучках в диапазоне энергий от 0,5 МэВ до 27 ГэВ;

- Экспериментальные исследования квантовых электродинамических эффектов в сильных электромагнитных полях;

- Экспериментальные исследования развития электромагнитных ливней в прозрачных тяжелых спектрометрических монокристаллах;

- Разработка основных положений и физических основ технологии дистанционного энергоснабжения лазерным инфракрасным излучением;

- Комплексные исследования и разработка экспериментальных методов формирования узких лазерных инфракрасных пучков для систем дистанционного энергоснабжения и их наведения для передачи энергии и информации.

Научная новизна исследования

Впервые проведен комплекс работ по обоснованию возможности применения периодических структур с большим эффективным зарядом ядра в исследованиях влияния сильных полей на сечения основных электродинамических процессов при взаимодействии гамма-квантов, электронов и позитронов с конденсированным веществом при энергиях от сотен МэВ до 10 ГэВ.

Впервые разработаны и применены в экспериментальных исследованиях методики ориентирования монокристаллических мишеней, включая мишени с толщиной в несколько радиационных

единиц, на пучках «меченых» фотонов на электронном синхротроне С25-Р(г. Троицк) и экспериментальной установке «Каскад» в Институте физики высоких энергий (Протвино).

Впервые исследованы эффекты ускоренного развития электромагнитных ливней в прозрачных тяжелых спектрометрических монокристаллах и показано, что и в сложно устроенных кристаллических решетках периодические структуры способствуют эффективному дроблению энергии первичной частицы и ливень развивается на более коротких расстояниях, чем в разориентированном кристалле.

Впервые проведены систематические исследования по разработке экспериментальных методов изучения физических характеристик полупроводниковых структур фотоэлектрического преобразования и устройств на их основе, разрабатываемых для создаваемой технологии дистанционного энергоснабжения лазерным инфракрасным излучением.

Теоретическая и практическая значимость исследования

Исследования влияния периодических структур с большим эффективным зарядом ядра на сечения основных электродинамических процессов взаимодействия гамма-квантов, электронов и позитронов с конденсированным веществом представляют интерес не только с точки зрения проверки положений квантовой электродинамики в экстремальных условиях, но и дают возможность в лабораторных условиях воспроизводить параметры полей, характерных для астрофизических объектов, представляющих интерес для современной науки.

Новые знания, полученные в результате проведенных исследований, об особенностях развития электромагнитных каскадов в ориентированных средах, включая прозрачные кристаллы, используемые для спектрометрии излучения, могут послужить базой для разработки новых методов измерения у -спектров астрофизических источников в области десятков и сотен ГэВ, в которой по современным представлениям спектр многих источников существенно изменяется из-за возможного присутствия темной материи.

Разрабатываемая автором с коллегами технология дистанционного энергоснабжения космических аппаратов и беспилотных летательных аппаратов лазерным инфракрасным излучением может найти широкое применение для реализации постоянных мониторинговых программ в интересах большого круга заказчиков, использующих стремительно растущий рынок БПЛА.

Методология и методы исследования

Исследования структурного совершенства применяемых в работах автора мишеней из монокристаллического вольфрама, спектрометрических кристаллов гадолиний-галлиевого граната и вольфрамата проводились на гамма-дифрактометре ЛИЯФ (Гатчина) (использовался пучок у-квантов с энергией 412 кэВ), позволяющем изучать кристаллы тяжелых элементов и получать информацию непосредственно о функции углового распределения блоков мозаики в объеме образца. Дополнительные работы, подтверждающие возможность применения полученных экспериментальных образцов монокристаллических мишеней, были проведены на пучке электронов высокой энергии линейного ускорителя ХФТИ (Харьков). Основные результаты исследования электромагнитного

взаимодействия электронов и фотонов высокой энергии с периодическими структурами получены автором с коллегами на пучках меченных гамма-квантов электронного синхротрона ФИАН (Троицк) и специально созданной под задачи наших исследований экспериментальной установки «Каскад» ускорителя ИФВЭ (Протвино). При проведении экспериментальных исследований на пучке меченных гамма-квантов автор использовал возможности космического телескопа «Гамма-1», одним из разработчиков которого он является, во время калибровки технологического образца на ускорителе.

В направлении исследований автора, связанных с разработкой технологии дистанционного энергоснабжения лазерным излучением, применялись экспериментальные методы изучения физических свойств полупроводниковых фотопреобразователей, создаваемых под задачи эффективного преобразования лазерного излучения большой плотности. Для исследования возможностей технических приложений результатов исследований применялись проектные исследования в области космической ядерной энергетики и межорбитальных космических транспортных систем.

Основные положения, выносимые на защиту:

Результаты комплексного изучения физических свойств периодических структур с большим эффективным зарядом ядра на электронных и гамма пучках электронного синхротрона ФИАН, протонного синхротрона ИФВЭ, линейного ускорителя ХФТИ, гамма-дифрактометра ПИЯФ и результаты экспериментальных работ по изучению квантовых электродинамических эффектов в сильных электромагнитных полях. Разработка методов ориентирования монокристаллических мишеней, включая мишени с

толщиной в несколько радиационных единиц, на пучках «меченых» фотонов.

Результаты экспериментальных исследований взаимодействия электронных и гамма-пучков высокой энергии с монокристаллами, экспериментальное обнаружение и результаты исследования ускоренного развития электромагнитных ливней в прозрачных тяжелых спектрометрических монокристаллах. Разработка предложений по использованию обнаруженных явлений ускоренного развития электромагнитных каскадов в высокоэнергичной спектрометрии гамма-излучения от астрофизических гамма-источников.

Результаты разработки основных положений и физических основ технологии дистанционного энергоснабжения лазерным инфракрасным излучением, основанной на проведенных работах по созданию и исследованию полупроводниковых высокоэффективных фотоэлектрических преобразователей для различных диапазонов длин волн монохроматического излучения высокой плотности.

Результаты комплексных исследований и разработки экспериментальных методов формирования узких лазерных инфракрасных пучков для систем дистанционного энергоснабжения и их наведения для передачи энергии и информации.

Степень достоверности и апробация результатов

Результаты исследований по теме диссертации были представлены на 31 международной и всероссийской конференциях, в том числе:

International Symposium SPIE Photonics West 2017 (USA); The 38th PIERS (Progress In Electromagnetics Research Symposium) 2017 (Russia, St. Petersburg); Международные конференции по фотонике и информационной оптике 2016, 2017 (Россия, Москва, МИФИ); Всероссийская научно-техническая конференция «Расплетинские чтения 2016» (Россия, Москва); 18-й Международная конференции Цифровая обработка сигналов и ее применение 2016, (Россия, Москва); The International Conference on Lasers, Applications and Technologies 2016 ICONO/LAT (Belarus); Международные симпозиумы "Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы" 2015, 2016, 2017 (Россия, г. Томск, г. Иркутск); European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition 2012(Germany), 2013(France), 2014(Holland), 2015(Germany) 2017(Netherlands); International Astronautical Congress 2012(Italy), 2013(China), 2014(Canada); 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences 2014(Russia , St Petersburg); Международные конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами 1987, 1989, 2011(Россия, Москва, МГУ); Научная сессия-конференция секции ЯФ ОФН РАН, ИТЭФ, 2011(Россия, Москва); The International High Power Laser Ablation and Directed Energy» 2011(Germany), 2014 (USA); Int. Cosm. Ray Conf., 1990(Australia, Adelaide); 1991(Ireland, Dublin), 1997(S.Africa, Durban); VII International conference on calorimetry in high energy physics, 1997(USA, University of Arizona, Tucson); Symp. "Recent adv. in high ener. astronomy 1992(France); All union workshop Problem of the use of particle channeling effects in crystals for high energy physics 1991(Russia, Protvino).

По теме диссертации опубликованы 58 работ, в том числе 50 статей в журналах и сборниках, 4 патента и 31 тезиса докладов на международных и российских научно-технических конференциях.

53 публикации автора проиндексированы в одной или нескольких ведущих системах научного цитирования:

- 26 публикаций - в Scopus [31-34, 51, 52, 71, 74, 76, 99, 111, 112, 116, 117, 125, 127, 128, 135, 137, 146-148, 149, 152,];

- 6 публикаций - в Web of Science [111, 112, 117, 135, 137, 146];

- 31 публикация в журналах, входящих в перечень ВАК [31, 36, 43, 44, 48, 49, 50, 54, 61, 60, 72, 74, 76, 83, 84, 85, 86, 89, 112, 114, 124, 125, 138, 144, 145-147, 149, 151, 152,]

Личный вклад

Все результаты, представленные в диссертационной работе, получены автором лично или в соавторстве при непосредственном участии автора. Автор был научным руководителем 8 из 11 проведенных научно-исследовательских работ, посвященных различным аспектам изучения проблем беспроводной передачи электрической энергии лазерным инфракрасным излучением. Перечень НИР под руководством или с участием автора приведен в прилож. А и Б. По результатам диссертационных исследований автором получено 12 патентов, приведенных в прилож. В.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, 6-и глав, заключения, списка сокращений, 4-х приложений и списка

используемых источников, содержащего 152 наименования. Объем диссертации составляет 233 страницы, включая 71 рисунок, 9 таблиц.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, проведен анализ состояния экспериментальных и теоретических исследований влияния упорядоченных структур на прохождение через них электронов и гамма-квантов высоких энергий, обоснованы необходимость проведения исследований направленных на разработку экспериментальных методов изучения физических свойств полупроводниковых структур для задач беспроводной передачи электрической энергии лазерным инфракрасным излучением и создания физических основ технологии дистанционного энергоснабжения автономных летательных аппаратов на Земле и в космосе, сформулированы решаемые научные проблемы, цели исследования, приведены основные научные и практические результаты, выносимые на защиту, показана их новизна, научная и теоретическая значимость, достоверность.

В первой главе анализируются различные механизмы влияния периодических структур на электромагнитные процессы взаимодействия пучков частиц с веществом. Обосновывается задача расширения области исследований квантовой электродинамики в сильных полях путем применения монокристаллов с большим эффективным зарядом и сложной структурой элементарной решетки. Исследуются современные технологические возможности получения совершенных монокристаллов вольфрама, разрабатываемых для космических ядерных энергетических установок, тяжелых спектрометрических монокристаллов

вольфрамата свинца и галлий гадолиниевого граната, широко используемых в экспериментальной физике. В развитие работ по техническим и технологическим приложениям физики конденсированного состояния исследуются возможности создания специализированных полупроводниковых кристаллических структуры для фотоэлектрических преобразователей в разрабатываемой автором технологии дистанционного энергоснабжения лазерным инфракрасным излучением.

Во второй главе приводятся результаты работ по исследованиям влияния периодических структур на электродинамические процессы при энергиях от сотен МэВ до десятков ГэВ. В результате проведенных работ:

- обоснована возможность применения в экспериментальных исследованиях монокристаллических вольфрамовых мишеней и тяжелых спектрометрических монокристаллов, что позволило проводить исследования существенно квантовых электродинамических процессов на отечественных ускорителях;

- разработаны и реализованы различные методы ориентации тяжелых кри-сталлических мишеней на пучках электронов и гамма-квантов;

- экспериментально показано, что если электромагнитный ливень начинает развиваться в периодической среде, то его дальнейшее развитие существенно изменяется на толщинах в десятки раз больших, чем толщина кристалла.

В третьей главе предложено использовать для исследований развития электромагнитных ливней в ориентированных средах спектрометрические тяжелые прозрачные монокристаллы и приводятся результаты исследований на пучках электронов и гамма-

квантов с энергией от единиц до нескольких десятков ГэВ. В работе применялись монокристаллические мишени волфрамата и галлий-гадолиниевого граната различных толщин. Разработан и реализован метод ориентации таких кристаллов на электронном пучке синхротрона ИФВЭ (Протвино). Показано, что и в сложно устроенных кристаллических решетках периодические структуры способствуют эффективному дроблению энергии первичной частицы и ливень развивается на более коротких расстояниях, чем в разориентированном кристалле. Энергетические потери электронного пучка в несколько десятков ГэВ в первых радиационных единицах ориентированных спектрометрических кристаллов могут в два с лишним раза превышать потери в разориентированном кристалле, а с ростом энергии частиц различие в энергопотерях станет еще более существенным. На основании обнаруженных и исследованных нами эффектов «ускоренного» развития электромагнитных каскадов в ориентированных средах предложен способ направленной спектрометрии в космической гамма-спектрометрии высоких энергий. Рассмотрены основные научные инструменты для проведения гамма-спектрометрических внеатмосферных исследований: телескопы "Гамма-1" советской астрофизической обсерватории «Гамма», Fermi-LAT (США), «Гамма-400» (Россия). Автор является одним из разработчиков отечественной обсерватории «Гамма» и ее основного научного инструмента - телескопа «Гамма-1» с сцинтилляционным калориметром, измеряющем спектр гамма-источников до энергий в несколько ГэВ. Показано, что наиболее перспективой областью будущих исследований будут энергии гамма-квантов более 100 ГэВ несущие информацию о природе центральной области нашей галактики, возможно измерение спектров астрофизических объектов

в этом диапазоне позволит получить данные о частицах «темной материи».

Исследованы возможности применения способа направленной спектрометрии для значительного улучшения энергетического разрешения: в области энергий в десятки Гэв относительный выигрыш в энергетическом разрешении при применении ориентированных кристаллов достигает 30-40%, а для энергий порядка 100 Гэв энергетическое разрешение может вырасти в несколько раз и что особенно важно для космических исследований для регистрации энергии таких высоко энергетических каскадов можно применять спектрометрические кристаллы существенно меньшие по толщине, чем при реализации стандартных спектрометрических измерений (выигрыш по толщине может составить для этих энергий до 10 раз).

В четвертой главе приведены результаты исследований автора по обоснованию возможности и техническим характеристикам технологии дистанционного энергоснабжения космических аппаратов лазерным инфракрасным излучением. Рассмотрены мощные космические энергоустановки разрабатываемые для различных будущих проектов связанных с межорбитальной транспортировкой грузов. Представлены результаты исследований научной группы во главе с автором по проектному анализу схем преобразования энергии в космических ядерных энергетических установках. Показаны преимущества термоэмиссионных установок для космических транспортных систем и напланетных энергоустановок, особенно для лунных баз в районах полюсов спутника Земли.

Предложено и обосновано применение технологии дистанционного энергоснабжения лазерным инфракрасным излучением для космических межорбитальных транспортных системах, космических технологических систем с крайне низким

7 8

уровнем микрогравитации (10- - 10- §), энергоснабжении малых космических аппаратов и БПЛА

В пятой главе представлены результаты разработок экспериментальных методов создания узких лазерных пучков для систем беспроводной передачи электрической энергии в космосе и на земле монохроматическим ИК излучением. Разработаны и реализованы в экспериментальных исследованиях различные методы измерения характеристик широкоапертурных лазерных пучков. Показано, что погрешность измерения, например, характеристик эллипсоидального пучка может быть менее 1%. Созданы системы формирования лазерных пучков для передачи энергии в турбулентной атмосфере с возможностью компенсации уходов пучка из апертуры приемников-преобразователей в зависимости от состояния турбулентности. Для отработки систем беспроводной передачи энергии создана атмосферная трасса длиной 1,35 км.

В шестой главе приведены результаты цикла работ по исследованиям возможности создания высокоэффективных фотоэлектрических преобразователей интенсивного лазерного излучения в системах дистанционного энергоснабжения на основе полупроводниковых гетероструктур. Полупроводниковые соединения типа А3В5 с «прямой» структурой зон являются наиболее перспективными материалами для создания таких ФЭП. Исследования проводились для двух диапазонов длин волн,

определенных научным коллективом под руководством автора для технологии дистанционного энергоснабжения: Х~0,8 мкм для обеспечения максимального КПД тракта и мкм,

обеспечивающего максимальную дальность передачи энергии.

В результате теоретических и технологических исследований были получены полупроводниковые структуры с эффективностью фотоэлектрического преобразования более 60% для условий функционирования в системах дистанционного энергоснабжения

Л

(размеры - 1^4 см , непрерывный режим работы при плотностях

Л

освещенности 1^10 Вт/см ) для Х~0,8 мкм и с эффективностью ~40% для мкм. Проведены экспериментальные исследования

воздействия лазерного излучения на физические свойства полученных полупроводниковых структур. Разработаны подходы по созданию на основе высокоэффективных ФЭП приемников-преобразователей интенсивного лазерного излучения в условиях неравномерной освещенности с минимальными потерями (не более 10%) из-за влияния турбулентности атмосферы и аберраций оптических систем формирования лазерных пучков.

В заключении сформулированы основные результаты, полученные при решении научной проблемы, их научная новизна и практическая значимость.

Глава 1. Методы исследований и создания периодических структур с заданными свойствами

Большинство твердых веществ имеют кристаллическую структуру. Классический идеальный кристалл образуется путем периодического повторения в пространстве тождественных структурных единиц. Не доказано, однако, что идеальный кристалл является состоянием с минимальной энергией атомов при абсолютном нуле. В природе существует много кристаллических структур, являющихся регулярными, но не строго периодическими [1]. В микромире, возможно, минимальные размеры периодических структур могут появиться в твердой фазе металлического водорода [2, 3]. Двигаясь вверх по лестнице размеров следует особо отметить, что для биологических объектов роль периодических структур принципиально важна и, более того, способность молекул и клеток выстраиваться в периодические структуры в различных измерениях представляется основополагающим фактором появления жизни. Для основных компонентов клеточных ядер - белковых соединений и ДНК характерны внутренние периодические структуры, которые исследуются рентгеновскими лучами именно благодаря их упорядоченному строению. С ростом масштабов разнообразие периодических структур не уменьшается, но становясь видимыми для нас эти природные проявления, после обработки зрительной информации нашим мозгом, вызывают у большинства чувства удивления и восхищения. Некоторые примеры таких структур собраны в приложении А. То что разум так реагирует на присутствие в зрительной информации упорядоченности возможно связано с особенностями обработки мозгом получаемой информации, кстати получаемой с периодичной структуры

фоточувствительных клеток сетчатки глаза. Нередко образование крупномасштабных периодических структур можно объяснить взаимодействием вещества с волновыми явлениями, например, волнами плотности в атмосфере или в морской среде. На значительной части поверхности нашей планеты можно наблюдать периодические структуры в рельефе морского и океанского дна, пустынь.

Области научных интересов автора и основные научные результаты связаны с монокристаллическими структурами тяжелых элементов, которые исследовались и использовались нами для изучения особенностей взаимодействия у-квантов и электронов с ориентированными средами, а так же с монокристаллическими полупроводниковыми структурами для предложенной и разрабатываемой нашей научной группой технологии беспроводной передачи электрической энергии лазерным инфракрасным излучением.

1.3 Монокристаллы тяжелых элементов, характеристики, методы исследования

Результаты исследований, представляемые в настоящей работе, основаны на использовании совершенных кристаллических структур. В первой части работы приведены результаты исследований влияния упорядоченных структур на прохождение через них электронов и гамма-квантов высоких энергий. С ростом энергии частиц эффективные размеры области (в направлении движения частиц), которые существенны для формирования электромагнитных процессов взаимодействия, увеличиваются, а при достаточно высоких энергиях эффективные расстояния становятся

настолько большими, что необходимо рассматривать взаимодействие сразу со всей средой. При этом в кристаллических структурах появляются ярко выраженные анизотропии взаимодействия пучков частиц с упорядоченным веществом, что не представляется очевидным фактом т.к. длины волн частиц при высоких и сверхвысоких энергиях в десятки тысяч раз меньше междуатомных расстояний. Хорошо изучено теоретически и экспериментально и широко применялось в экспериментальной физике для создания поляризованных пучков гамма-излучения когерентное тормозное излучение легких релятивистских частиц в кристаллах, возникающее при совпадении импульса, переданного среде, с вектором обратной решетки кристалла [4]. Параметрическое рентгеновское излучение релятивистских электронов генерируется в периодической структуре в результате когерентной брэгговской дифракции кулоновского поля быстрого электрона на системе параллельных атомных плоскостей кристалла, что позволяет генерировать пучки квазимонохроматических рентгеновских квантов [5, 6].

Наши экспериментальные исследования были в числе первых работ начавших исследования нового механизма взаимодействия электронов и гамма-квантов с кристаллической средой - эффекта «сильного» поля, а решающим фактором, позволившим проводить эти исследования на имеющихся пучках ускорителей стал комплекс исследований по обоснованию возможности применению монокристаллов кристаллических веществ с большим удельным весом, проведенный автором.

Для проведения исследований представленных в диссертационной работе изучалась возможность применения широкого класса материалов обладающих достаточно совершенным

строением и обладающих большим эффективным зарядом. Из возможных простых веществ наибольший прогресс в получении монокристаллов достаточно большого размера (для проведения экспериментов на ускорителях) достигнут для вольфрама. Это связано с программами создания материаловедческой базы для космической ядерной энергетики на базе термоэмиссионных схем прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Технология выращивания тугоплавких монокристаллов в настоящее время не позволяет выращивать образцы со свойствами, приближающимися к полупроводниковым материалам, в силу высоких значений температурных градиентов и пластичности растущего монокристалла. Промышленностью освоены два метода: метод вакуумной электронно-лучевой зонной плавки (диаметром до 50 мм.) и плазменный метод (диаметром более 50 мм.). Плазменные методы не позволяют получать образцы с малой разориентацией соседних блоков. В результате выращивания по методу электронной бестигельной зонной плавки (ЭБЗП) по методу плавающей зоны [7] получают вольфрамовые прутки круглого сечения с длиной значительно превышающей диаметр образца, отличающиеся достаточно высоким уровнем концентрации дефектов, на что влияет также нестабильность мощности электронного нагрева безанодных электронных пушек. Дефектная структура (субструктура роста) характеризуется развитием полосчатости, когда в поперечном сечении прутка выявляются несколько крупных субзерен, с относительной разориентацией порядка 0,5° - 2°. В объеме субзерен различают субструктуру первого и более высоких порядков. Субзерна вытянуты в направлении роста кристалла. Характерные размеры и угловые разориентации субзерен представлены в табл. 1.

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Тугаенко Вячеслав Юрьевич, 2019 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Киттель Ч. / Введение в физику твердого тела // М. 1978.

2. Bonev S.A., et al. / A quantum fluid of metallic hydrogen suggested by first-principles calculations // Nature431,7009(2004)doi: 10.1038/nature02968—arXiv:cond-mat/0410425.

3. Castelvecchi D. / Physicists doubt bold report of metallic hydrogen // Nature542,17(February 2017)doi:10.1038/nature.2017.21379.

4. Тер-Микаелян М.Л. / Влияние среды на электромагнитные процессы при высоких энергиях //М. 2012.

5. Барышевский В.Г. и др. / Когерентное и параметрическое рентгеновское излучение от нерелятивистских электронов в кристалле // Письма в ЖТФ, 2006, том.32, вып. 9, с.50-57.

6. Елисеев А.Н. и др. / Обнаружение эффекта усиления параметрического излучения в условиях скользящего падения релятивистских электронов на поверхность кристалла // Письма в ЖЭТФ, 2009, т.90, вып.6, с.483 - 485.

7. Савицкий Е.М., Бурханов Г.С. / Монокристаллы тугоплавких и редких металлов // изд. «Наука» М., 1972.

8. Качанов В.А., Коржик М.В. / Кристаллы вольфрамата свинца-основа современной электромагнитной калориметрии // Новости и проблемы фундаментальной физики (ИФВЭ), №1(1), с.1 - 8, 2008.

9. Ярыгин В.И., Ружников В.А., Синявский В.В. / Космические и наземные ядерные энергетические установки прямого преобразования энергии // М. 2016.

10. Хвостиков В.П., Тугаенко В.Ю. и др. / Мощные фотоэлектрические преобразователи лазерного излучения с КПД более 60% для систем лучевой энергетики // НТО: инв. П47888 (Г-731) РКК «Энергия», 2017, 1160 стр.

11. Mots J.V., Olsen H.A., Koch H.V. / Pair production by photons // Reviews of modern physics, v.41, n.4, p.1, p.581-639, 1969.

12. Тер-Микаелян М.Л. / Интерференционное излучение сверхбыстрых электронов // ЖЭТФ 1953, Т.25, С.535.

13. Ландау Л.Д., Померанчук И.Я. / Пределы применимости теории тормозного излучения электронов и образования пар при больших энергиях // ДАН СССР, 1953, Т.92, С.535.

14. Ferreti P./ Sulla bremsstrahlung nei cristalli// Nuovo Cimento,1950, V.7,-P.118-134.

15. Uberall H. / High-energy interference effect and bremstrahlung and pair production in crystals // Phys.Rev., 1956, V.103, P.1055.

16. Cue N., Kimbell J.C. / Tilt-angle dependence of the crystal-assisted pair creation process// NIM, 1984,V.230(b2), N.1-3, P.29-34.

17. Baier V.N., Katkov V.M., Strakhovenko V.M. / Mechanism of electron-positron pair production by high-ehergy photons in a single crystal // Physics Letters, 1984, V.104A, N.4, P.231-234.

18. Ахиезер А.И., Шульга Н.Ф. / Влияние многократного рассеяния на излучение релятивистских частиц в аморфных и кристаллических средах // УФН, 1987, т.1516, в.3,стр.385-424.

19. Авакян Р.О., Акопов Н.З., Дарбинян С.М., Лучков Б.И., Терехов О.В.,

Тугаенко В.Ю. / О возможности создания гамма-телескопа с монокристаллическим кон-вертором // Препринт ЕФИ-732(47)-84, Ереван, 1984.

20. Авакян Р.О. и др. / Измерение поляризации фотонного пучка Ереванского электронного ускорителя // Изв. А.Н. Армянской ССР, 1974, Физика, №9, стр. 252-255.

21. Авакян Р.О. и др. / Получение и исследование поляризованного фотонного пучка предельной энергии Ереванского ускорителя / / Изв. А.Н. Армянской ССР, 1975, Физика, №10, стр. 423-426.

22. Байер В.Н., Катков В.М., Страховенко В.М. / Рождение электрон-позитронных пар фотонами высокой энергии в ориентированных монокристаллах // ЖЭТФ, 1986, т.90, №3, стр.801.

23. Курбаков А.И., Трунов В.А., Дмитриев Р.П. и др. / Гамма-дифракционные исследования структурного совершенства монокристаллов // Препринт ЛИЯФ №1307, 1987.

24. Курбаков А.И., Лучков Б.И., Тугаенко В.Ю. / Гамма-дифракционное исследование структурного совершенства монокристалла вольфрама // Высокочистые вещества, №3, стр.212213, 1988.

25. Belkacem A., Bologna G., Chevallier M. at all. / Study of e+-e-creation by 20-150 GeV photons incident on an aligned germanium crystal //Preprint CERN EP/87-54, 1987.

26. Базылев В.А. / Тормозное излучение при каналировании // ДАН, 1985, т.283, №4, стр.855.

27. Мороховский В.Л., Коваленко Г.Д., Гришаев И.А. и др. / Каналирование позитронов с энергией 1 ГэВ // Письма ЖЭТФ, 1972, т.16, в.3, стр.162-164.

28. Горбенко В.Б., Жебровский Ю.В., Коваленко Н.А. и др. // ПТЭ, 1973, №2, с.54.

29. Lucke J., Schwitters R.F. //Nucl. Instrum. and Methods, 1970, №81, p.164.

30 Авакян Р.О., Армаганян А. А., Арутюнян Л.Г. и др. // Изв. АН АрмССР. Физика. 1975.№10. С.423.

31. Зверев В.Г., Лучков Б.И., Тугаенко В.Ю. /Ориентирование монокристаллической мишени на пучке «меченых» гамма-квантов // ПТЭ №2, с.188-189, 1988 (Instruments and experimental techniques New York). EID: 2-s2.0-0024096536.

32. Semenov Y.P., Ovchinnikov V.S., Tugaenko V.Y. /A space observatory for astrophysical explorations in the realm of gamma-ray astronomy // Space Science Review, v.49 (1988), p.107-109. DOI: 10.1007/BF00173746. EID: 2-s2.0-34249965610.

33. Akimov V.V., Balebanov V.M., Belousov A.S.,... Tugaenko V.Y., at all The gamma-ray telescope "Gamma-1"// Space Science Review, v.49 (1988), p.111-124. DOI: 10.1007/BF00173747. EID: 2-s2.0-0038259436.

34. Akimov V.V., Balebanov V.M., Belousov A.S.,. Tugaenko V.Y., at all Determination of the characteristics of the gamma-ray telescope Gamma-1 // Space Science Review, v.49 (1988), p.125-138. DOI: 10.1007/BF00173748. EID: 2-s2.0-26444472214.

35. Басков В.А., Ким В.В., Коноров И.В. и др. /Система мечения фотонов высокой энергии // ПТЭ, 1990, №6, с.69-73.

36. Басков В.А., Ганенко В.Б., Гущин В.А., Тугаенко В.Ю. и др. / Ориентирование монокристаллов по выходу электромагнитного ливня // ПТЭ, 1990, №6, с.73-75.

37. Байер В.Н., Басков В.А., Ганенко В.Б.,...Тугаенко В.Ю. и др. /Квантовая электродинамика в сильных полях ориентированных кристаллов // Препринт ФИАН №204, 1988.

38. Belkacem A., Bologna G., Chevallier M. at all. / Study of e+-e- pair creation by 20-150 GeV photons incident on a germanium crystal in alignment conditions // Phys. Rev. Lett. 58, 1196-1199, 1987.

39. Байер В.Н., Катков В.М., Страховенко В.М. /Рождение электрон-позитронных пар фотонами высокой энергии в ориентированных монокристаллах // Препринт ИЯФ 84-104, Новосибирск, 1984.

40. Сергиенко В.И. /Электродинамические процессы в кристаллах при высоких энергиях // Диссертация д.ф.-м.н., 1995.

41. Басков В.А., Говорков Б.Б., Зверев В.Г....Тугаенко В.Ю. и др. /Исследование угловой зависимости сечения рождения e+-e- пар у-квантами в монокристалле вольфрама при средних энергиях // Препринт ФИАН №32, 1987.

42. Тугаенко В.Ю. /Исследование монокристаллических вольфрамовых конверторов как детекторов направлений гамма-квантов высокой энергии // Диссертация к.ф.-м.н., 1988.

43. Байер В.Н., Басков В.А., Ганенко В.Б.,...Тугаенко В.Ю. и др. / Излучение электронов с энергией 28 ГэВ в толстом кристалле вольфрама // Письма в ЖЭТФ №49, с.533-535, 1989.

44. Г V.N., Baskov V.A., Ganenko V.B., ...Tugaenko V.Y. at all. / Radiation from electrons in tungsten crystals // Zh. Eksp. Teor. Fiz. 101,1351-1354 (April 1992) (V.P. JETP, 1992 г., том 74, Вып. 4, стр. 725).

45. Байер В.Н., Катков В.М., Страховенко В.М. Излучение частиц высокой энергии в кристаллах // ЖЭТФ №92, вып.4, стр.1228-1245, 1987

46. Belkacem A., Bologna G., Chevallier M., at all. / New channeling effects in the radiative emission of 150 GeV electrons in a thin germanium crystal // Phys. Lett. B, v.177, is.2, p.211, 1986.

47. Bak J.F., Barberis D., Brodbeck T.J. at all. / Radiation from 170 GeV electrons and positrons traversing Si and Ge crystals near the <110> axis // Phys. Lett. B, v.213, p.242, 1988.

48. Басков В.А., Ганенко В.Б., Гущин В.А.,...Тугаенко В.Ю. и др. / Ориентационная зависимость каскадных процессов в кристалле кремния // Письма в ЖЭТФ №50, с.395-397, 1989.

49. Басков В.А., Говорков Б.Б., Ганенко В.Б., ...Тугаенко В.Ю. и др. / Ориентационная зависимость развития электромагнитных ливней в кристалле вольфрама // Письма в ЖЭТФ №52, в.9, с.1082-1084, 1990.

50. Басков В.А., Ганенко В.Б., Гущин В.А.,...Тугаенко В.Ю. и др. / Развитие электромагнитных ливней в ориентированных кристаллах вольфрама // Письма в ЖЭТФ №52, в.9, с.740-742, 1990.

51. Baskov V.A., Khablo V.A., Kim V.V.,...Tugaenko V.Y. at all. / Electromagnetic showers in aligned crystals // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 122(1997) p.194-198.

52. Baskov V.A., Govorkov B.B., Kim V.V.,...Tugaenko V.Y. at all. / Electromagnetic showers induced by high energy electrons in aligned tungsten crystals // Radiation effects and defects in solids, v.25, p.23-28, 1993.

53. Герасимов И.А., Полуэктов В.П., Серов А.В., Тугаенко В.Ю., /«Система детектирования космических заряженных частиц» // Авторское свидетельство №163931 от 04.09.1981.

54. Акимов В.В., Афанасьев В.Г., Белоусов А.С.,. Тугаенко В.Ю. и др. / Регистрация гамма-лучей высокой энергии телескопом «Гамма-1» от солнечных вспышек 26 марта и 15 июня 1991 г. // Письма в Астрономический журнал т.18, №2, с.167-172, 1992.

55. Leicov N.G., Akimov V.V., Volsenskaya V.P.,. Tugaenko V.Y., at all. / Spectral characteristics of solar flares observed by the "Gamma-1" telescope(E > 30 MeV) // Astronomy and astrophysics supplement ser. April 1992 Symp. "Recent adv. in high ener. astronomy France, Marh,

1992.

56. Гальпер А.М., Земсков В.М., Качаров Г.Е.,...Тугаенко В.Ю. и др. / Временная структура гамма-излучения солнечной вспышки 26 марта 1991 г. // Известия АН, сер. физическая т.57, №7, с.132-134,

1993.

57. Bazer-Bachi, A.R., Lavigne, J.M., Olive, J.F., (...), Chuikin, E.I., Tugaenko, V.Y. / High energy gamma rays from the sun as seen by the gamma-1 telescope // Nuclear Physics B (Proceedings Supplements) 1993 (http://www.scopus.com/authid/detail.url?authorId=6508159584).

58. Leikov, N.G., Akimov, V.V., Volsenskaya, V.A., (...), Lavigne, J.-M., Olive, J.-F, Tugaenko, V.Y. / Energy spectra of solar flare gamma-ray emission in the range 0.03-2 GeV registered by gamma-1 telescope // Advances in Space Research 1993

(http://www.scopus.com/authid/detail.url?authorId=6508159584).

59. Гальпер А.М., Земсков В.М., Лучков Б.И.,...Тугаенко В.Ю. и др. / Исследование тонкой временной структуры жесткого гамма-излучения солнечных вспышек // Письма в ЖЭТФ №59, с.145-149,

1994.

60. Акимов В.В., Афанасьев В.Г., Балебанов В.М.,. Тугаенко В.Ю. и др. / Наблюдение пульсара PSR 0833-45 телескопом «Гамма-1» // Письма в Астрономический журнал т. 17, №6, с.501, 1991.

61. Акимов В.В., Афанасьев В.Г., Балебанов В.М.,... Тугаенко В.Ю. и др. / Особенности фазовой кривой светимости гамма-пульсара PSR 0833-45 по данным наблюдений телескопом «Гамма-1» // Письма в Астрономический журнал т.18, №4, с.315-321, 1992.

62. Akimov V.V., Belousov A.S., Blokhintsev I.D.,... Tugaenko V.Y., at all. / Geminga pulsar observations with gamma-telescope GAMMA-1 // Advances in Space Research (includes Cospar Information Bulletin). -1993. - Vol. 13, № 12. - P.739-742.

(http://www.scopus.com/authid/detail.url?authorId=6508159584)

63. Воронов С.А., Гальпер А.М., Зверев В.Г., .Тугаенко В.Ю. и др. / Исследование и поиск у-пульсаров на обсерватории «Гамма-1» // Известия АН, сер.физическая т.57, №4, с.152-157, 1993.

64. Акимов В.В., Афанасьев В.Г., Блохинцев И.Д., .Тугаенко В.Ю. и др. / Кривая светимости гамма-пульсара Геминга на энергиях 4004000 Мэв по данным телескопа «Гамма-1» // Письма в Астрономический журнал т.19, №7, с.579-582, 1993.

65. W. B. Atwood at all / The large area telescope on the Fermi gamma-ray space telescope mission //The Astrophysical Journal, 697:1071-1102, 2009 June.

66. Топчиев Н. П., Гальпер А. М., Бонвичини В. и др. / Эксперимент "ГАММА-400": состояние и перспективы// Известия РАН. Серия физическая, 2015, том 79, № 3, с. 454-457.

67. Акимов Ю.К. / Детекторы ядерных излучений на основе неорганических сцинтилляторов // Физика элементарных частиц и атомного ядра, т.25, вып.1, 1994.

68. Derenzo S.E., Moses W.W., Cahoon J.L. et all. // IEEE Trans. Nucl. Sci., 1989, vol.NS-37, No.2, p.203.

69. Коржик М. В. /Кристаллы вольфрамата свинца - основа электромагнитной калориметрии в экспериментах CMS и ALICE на LHC // Вестник БГУ. Серия 1, Физика. Математика. Информатика №3, 2011, http://elib.bsu.by/handle/123456789/29939.

70. Кеда О.А., Василенко М.В., Викторов Л.В., Обухов В.Т. / Дозиметрические и сцинтилляционные свойства кристаллов со

структурой граната // Журнал прикладной спектроскопии. 1984, Т.41. №5. С.867-869.

71. Baskov, V.A., Bugorsky, A.P., Kachanov, V.A., (...), Tugaenko, V.Yu., Vasil'ev, A.N. / Electromagnetic cascades in oriented crystals of garnet and tungstate // Physics Letters, Section B: Nuclear, Elementary Particle and High-Energy Physics 456 (1999), р.86 (http://www.scopus.com/authid/detail.url?authorId=6508159584).

72. Басков В.А., Бугорский А.П., Васильев А.Н.,...Тугаенко В.Ю. и др. / Электромагнитные ливни в ориентированных кристаллах граната // Письма в ЖТФ т.24, №11 с.60-64, 1998.

73. Baskov V.A., Khablo V.A., Kim V.V., (...), Sergienko V.I., Tugaenko V.Yu. / Electromagnetic showers in transparent crystals // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 1998 (http://www.scopus.com/authid/detail.url?authorId=6508159584).

74. Басков В.А., Ганенко В.Б., Гущин В.А.,...Тугаенко В.Ю. и др. / Определение направления на гамма-источники с помощью электромагнитных ливней в ориентированных кристаллах // Приборы и техника эксперимента №5, p.52-55, 1992.

75. Baskov, V.A., Govorkov, B.B., Kim, V.V., (...), Tugaenko, V.Yu., Khablo, V.A. / Application of oriented crystals in high-energy gamma and electron spectroscopy // Sbornik - Kratkie Soobshcheniya po Fizike AN SSSR 1992.

76. Басков В.А., Ким В.В., Лучков Б.И., Сергиенко В.И., Тугаенко В.Ю., Хабло В.А. / Гамма-телескоп с кристаллическим конвертором // ПТЭ №6, с.10-13, 1996 (Instruments and Experimental Techniques http://www.scopus.com/authid/detail.url?authorId=6508159584).

77. Басков В.А., Ким В.В., Лучков Б.И., Тугаенко В.Ю., Хабло В.А. / Электромагнитный спектрометр с конвертором из ориентированного кристалла // Препринт ФИАН №31, 2006

78. Bringmann T., Weniger Ch. / Gamma Ray Signals from Dark Matter: Concepts, Status and Prospects // Dark Universe 1 (2012) 194-217, DOI: 10.1016/j.dark.2012.10.005, arXiv:1208.5481.

79. Rott C. /Review of Indirect WIMP Search Experiments // High Energy Astrophysical Phenomena (astro-ph.HE), DOI: 10.1016/j.nuclphysbps.2013.04.040, arXiv:1210.4161.

80. Тугаенко В.Ю. / Беспроводная передача энергии в космосе и из космоса // глава книги «Космонавтика XXI века» Под научной редакцией Б.Е. Чертока, М.: Изд. РТСофт. 2010.

81. Черток Б.Е., Тугаенко В.Ю. / Новые космические технологии -беспроводная передача электрической энергии между космическими аппаратами // Новости космонавтики, №9, 2011.

82. Андреев В.М. / Каскадные фотоэлектрические преобразователи для космических солнечных батарей нового поколения // доклад на заседании секции «Космическая энергетика» Комитета ГД по энергетике, 21.06.2013, г. Москва.

83. Грибков А.С., Евдокимов Р.А., Легостаев В.П., Лопота В.А., Максимов В.А., Островский В.Г., Синявский В.В., Тугаенко В.Ю. / Электроракетный транспортный аппарат для обеспечения больших грузопотоков в космосе // Известия РАН. Энергетика. №2. с.101-111, 2009.

84. Грибков А.С., Евдокимов Р.А., Синявский В.В., Тугаенко В.Ю. / Повышение эффективности многоразового межорбитального электроракетного буксира при запуске полезных грузов с приэкваториальных космодромов // Известия РАН. Энергетика. №3 с.65-74, 2011/

85. Бранец В.Н., Грибков А.С., Джафаров Г.А.,...Тугаенко В.Ю. и др. / Атомная электростанция обитаемой лунной базы // Известия РАН. Энергетика. N 3, с.15-21, 2007.

86. Бескровная И.А., Евдокимов Р.А., Кинаш П.М., Ковалев И.И., Тугаенко В.Ю. / Сравнительная оценка технико-экономической эффективности использования солнечных и ядерных энергетических установок в составе лунной базы // Космическая техника и технологии. 2014. № 4(7). С. 76-89.

87. Лопота В.А., Легостаев В.П., Синявский В.В... Тугаенко В.Ю. и др. / Электроракетный транспортный аппарат для обеспечения больших грузопотоков// Изв. РАН. Энергетика. 2009. №2, с.101-111.

88. Под научной редакцией Легостаева В.П. и Лопоты В.А., (Тугаенко В.Ю. соавтор разделов 4.4, 5.4, 6.1, 6.2, 6.4) /Луна - шаг к технологиям освоения Солнечной системы // монография, М.: РКК «Энергия», 2011.

89. Грибков А.С., Евдокимов Р.А., Синявский В.В., Соколов Б.А., Тугаенко В.Ю. / Перспективы использования беспроводной передачи электрической энергии в космических транспортных системах // Известия РАН. Энергетика. №2 с. 118-123, 2009.

90. SpaceWorks Enterprises, "Nano/MicrosatelHte Market Assessment" (2014),

http://www.sei.aero/eng/papers/uploads/archive/SpaceWorks_Nano_Micr osatellite_Market_Assessment_January_2014.pdf.

91. Евдокимов Р.А., Капранов В.В., Легостаев В.П., Лопота В.А., Соколов Б.А., Тугаенко В.Ю. / Laser electric propulsion system for microsatel-lites' orbit maintenance //The 2014 International High Power Laser Ablation and Beamed Energy Propulsion Symposium», 21-25 April 2014 in Santa Fe, NM, USA.

92. Тугаенко В.Ю. / Поддержание орбиты микроспутников электроракетными двигателями с лазерным электроснабжением // Всероссийская научно-техническая конференция «Расплетинские чтения - 2016». Аннотированный сборник материалов конференции. ПАО «НПО «Алмаз», 2015.

93. Авдуевский В.С., Успенский Г.Р. Космическая индустрия. Москва. Машиностроение, 1989г.

94. Ёлкин К.С., Левтов В.Л., Лобыкин А.А. и др. / Обслуживаемый модуль для производства в космосе материалов с уникальными свойствами // Известия РАН, Энергетика, №3, 2007 г.

95. Лобыкин А.А. / Методы улучшения микрогравитационной обстановки на борту автоматического КА, предназначенного для

микрогравитационных исследований // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, № 2, 2009 г.

96. Евдокимов Р.А., Корнилов В.А., Легостаев В.П., Лобыкин А.А., Лопота В.А., Тугаенко В.Ю. / Космическая система для производства материалов в космосе, патент // RU 2478063. Опубл. 27.03.2013 Бюл. №9.

97. Евдокимов Р.А., Корнилов В.А., Лобыкин А.А., Тугаенко В.Ю. / Космическая технологическая система с дистанционным энергоснабжением по лазерному каналу // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, № **, 2017 г.

98. Ванке В.А., Лопухин В.М., Савин В.И. / Проблемы солнечных космических электростанций// Успехи Физических Наук. 1977. T.123, №4. C. 633-655.

99. Chertok B., Evdokimov R., Legostaev V., Lopota V., Sokolov B., Tugaenko V. / Remote electric power transfer between spacecrafts by infrared beamed energy // AIP Conf. Proc. 1402, 489-496, 2011 (http: //www. scopus. com/authid/detail. url?authorId=8945513700).

100. Андреев В.М., Грилихес В.А., Румянцев В.Д. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. Л. «Наука». 1989.

101. Хвостиков В.П., Растегаева М.Г., Хвостикова О.А. и др. / Высокоэффективные мощные фотоэлементы на основе антимонида галлия// Физика и техника полупроводников. 2006. Т. 40, вып.10. С. 1275-1279.

102. IPG Photonics Corporation [Electronic resource]. URL: http://www.ipgphotonics.com/.

103. Bachmann F., Loosen P., Poprawe R. / High Power Diode Lasers: Technology and Applications // Springer-Verlag New York, 2007. 548 p.

104. Sabo D.A. / The evolution of scanners for remote welding applications. The rise of beam quality leads to proliferation of remote welding applications // The Fabricator. 2007.

105. Ландсберг Г.С. / Оптика: Общий курс физики // М.: Наука, 1976. 928 с.

106. DILAS Diodenlaser GmbH [Electronic resource]. URL: http://www.dilas.com/.

107. LIMO Lissotschenko Mikrooptik GmbH [Electronic resource]. URL: https: //www.limo .de/.

108. TeraDiode, Inc. [Electronic resource]. URL: http://www.teradiode.com/.

109. Мацак И.С. / Метод измерения характеристик широкоапертурных пучков непрерывного лазерного излучения // дис...канд. техн. наук: М.,МИФИ, 2017.

110. Sasian J.M. / The World of Unobstructed Reflecting Telescopes // Best Amat. Telesc. Mak. J. 2003. Vol. 1.

111. Matsak I. S., Kapranov V. V., Tugaenko V. Yu., Sergeev E. S., Babanin E. A., Suhareva N. A. / Super narrow beam shaping system for remote power supply at long atmospheric path // SPIE Digital Library Proceedings Volume 10090, Laser Resonators, Microresonators, and Beam Control XIX; 100900U (2017); doi: 10.1117/12.2250752; Photonics West Conference SPIE LASE, 2017, San Francisco, California, United States. (http://dx.doi.org/10.1117/12.2250752).

112. Мацак И.С., Тугаенко В.Ю., Сергеев Е.С. / Метод измерения диаметра широкоапертурного пучка лазерного излучения // «Измерительная техника» (Метрология). №4, 2014. С. 13-24.

Matsak I.S., Tugaenko V.Y., Sergeev E.S. A Method of Measuring the Diameter of a Wide-Aperture Beam of Laser Radiation // Meas. Tech. 2014. Vol. 57, № 6. P. 651-657.

113. Кострюков П.В. / Пространственная структура излучения при синхронизации поперечных мод в лазерах с продольной накачкой: автореферат дис. ... канд. физ.-мат. наук : 01.04.2; [Место защиты: Моск. гос. ун-т им. М.В. Ломоносова]. - М., 2009. - 20 с.

114. Мацак И.С., Кудрявцев Е.М., Тугаенко В.Ю. / Моделирование погрешностей измерений диаметра широкоапертурного лазерного

пучка // «Компьютерные исследования и моделирование», Т.7 №1 стр.113-124, 2015.

115. Matsak I.S. Wide-aperture laser beam measurement using transmission diffuser: errors modeling // Proc. SPIE. Modeling Aspects in Optical Metrology V, 2015. Vol. 9526. P. 95260K.

116. Matsak I., Kapranov V., Tugaenko V., Kudryavtsev E. / Precise baseline correction using statistical criteria in the measurement of characteristics of laser beams // Journal of Physics: Conference Series. — 2016. — Vol. 737, no. 1.— P. 012068., Scopus:2-s2.0-84989862929.

117. Kapranov V. V., Matsak I. S., Tugaenko V. Yu., Blank A.V., Suhareva N. A. /Atmospheric turbulence effects on the performance of the laser wireless power transfer system // SPIE Digital Library Proceedings Volume 10096, Free-Space Laser Communication and Atmospheric Propagation XXIX; 100961E (2017); doi: 10.1117/12.2252013; Photonics West Conference SPIE LASE, 2017, San Francisco, California, United States. (http://dx.doi.org/10.1117/12.2252013).

118. Luque A., Hegedus S. / Handbook of Photovoltaic Science and Engineering // Edited by John Wiley & Sons, Ltd. 2003, Chapter 4:"Theoretical Limits of Photovoltaic Conversion".

119. Oliva E., Dimroth F., Bett A. W. / GaAs converters for high power densities of laser illimination // Prog. Photovolt: Res. Appl. 2008, v.16, p.289-295.

120. Richard Mason. Feasibility of Laser Power Transmission to a High-Altitude Unmanned Aerial Vehicle. RAND Project Airforce, 2011.

121. Fave A., Kaminski A., Gavard M., Mayet L., Laugier A. / +GaAs converter for high power laser diode // Proceedings of the 25th IEEE Photovoltaic Specialist Conference, 1996, Washington, USA.

122. Andreev V., Khvostikov V., Kalinovsky V., Lantratov V., Grilikhes V., Rumyantsev V., Shvarts M, Fokanov V.,Pavlov A. Proc. of 3rd World Conf. on PV Energy Conv. (Osaka, Japan, 2003) v. 1, p. 761

123. Kagan M.B., ^pranov V.V., Saveliev V.V., , Zhelnin B. V., Zayats O. V., Maslyakov Ya. N., Matsak I. S., Obrucheva Ye. V. and Tugaenko

V. Yu. / Experimental research of high efficiency energy conversion of laser radiation by GaAs /Ge photovoltaic cell // Proceedings of the27th European Photovoltaic Solar Energy Conference (Sept. 2012 г., Frankfurt, Germany).

124. Богушевская В.А., Жалнин Б.В., Заяц О.В., Масляков Я.Н., Мацак И.С., Никонов А.Н., Обручева Е.В., Тугаенко В.Ю. / Экспериментальное исследование возможности использования кремниевых и арсенид-галлиевых батарей космических аппаратов для приема энергии лазерного ИК-излучения // Известия РАН. Энергетика. №2 с.10-17, 2012

125. Bogushevskaya V. A., Zhelnin B. V., Zayats O. V., Maslyakov Ya. N., Matsak I. S., Nikonov AU. A., Obrucheva Ye. V. and Tugaenko V. Yu. / An Experimental Investigation of the Feasibility of Using Silicone and Gallium Arsenide Solar Batteries on Space Vehicles for Receiving Energy of Laser Infrared Emission // ISSN 0040-6015, Thermal Engineering, 2012, Vol. 59, No. 13, pp. 975-980.

126. Kapranov V., Tugaenko V., Zayats O., Matsak I. / Exploration of ISS transport vehicles solar arrays usage as receivers of infrared laser radiation // Proceedings of the 63rd International Astronautical Congress,IAC Сер. 63rd International Astronautical Congress 2012, IAC 2012 7039-7044. - №. - С. Naples, Italy, 1 - 5 October 2012 (http://www.scopus.com/authid/detail.url?authorId=24337060700).

127. Kapranov V., Evdokimov R., Matsak I., Tugaenko V. / Demonstration of ISS based IR WPT system and capabilities of atmospheric researches // Proceedings of the 64rd International Astronautical Congress, Beijing, China, 23 - 27 September 2013 (http: //www.scopus .com/authid/detail. url?authorId=8945513700).

128. Zayats O.V., Tugaenko V.Yu., Khvostikov V.P. UAV REMOTE POWER SUPPLY SYSTEM BY LASER RADIATION ICAS- 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences,7-12 сент 2014 г., г. С.Петербург (http://www.scopus.com/authid/detail.url?authorId=24337060700).

129. Капранов В., Тугаенко В., Евдокимов Р., , Мацак И., Никитина Т., Заяц О. LASER WIRELESS POWER TRANSMISSION SYSTEM FOR THE SPACECRAFTS: PROTOTYPE'S DESIGN AND TESTING 65-й Астронавтический конгресс, (29 сент.-03 окт. 2014, Торонто, Канада).

130. Nikitina T., Tugaenko V., Zayats O., Razuvaev A., Andreev V.M., Kalyuznyy N.A., Mintairov S.A., Khvostikov V.P. / PV cells and modules specialized for space wireless energy transfer:modeling and development // Proceedings of the 28th European Photovoltaic Solar Energy Conference (Sept. 2013 г., Paris, France).

131 Kagan M.B., ^pranov V.V., Saveliev V.V., Zhelnin B. V., Zayats O. V., Maslyakov Ya. N., Matsak I. S., Obrucheva Ye. V., Tugaenko V. Yu. / Experimental research of high efficiency energy conversion of laser radiation by GaAs /Ge photovoltaic cell // Proceedings of the27th European Photovoltaic Solar Energy Conference (Sept. 2012 г., Frankfurt, Germany).

132. Корнилов В.А., Мацак И.С., Никитина Т.А., Разуваев А.Е., Савельев В.В., Тугаенко В.Ю. Установка для контроля параметров фотоэлектрических преобразователей // Патент-Полезная модель №150172, Заявка №2014128127 от 08.07.2014

133. Корнилов В.А., Тугаенко В.Ю., Мацак И.С., Разуваев А.Е. / Приёмник-преобразователь лазерного излучения // Решение о выдаче патента по заявке №2016113207. Опубликовано на www1.fips.ru 28.08.2017.

134. Разуваев А.Е., Шведова О.В., Тугаенко В.Ю. / Высокоэффективный фотоэлектрический приемник-преобразователь лазерного излучения для беспроводной передачи энергии // В сборнике: VI Международная конференция по фотонике и информационной оптике. Сборник научных трудов. 2017. С. 600601.

135. Babanin Eu. A., Vohnik O. M., Kapranov V. V., Suhareva N. A., Tugaenko V. Yu. / Spatial profiles of statistical moments for collimated laser beams at the end of long atmospheric path // Proc. SPIE 10035, 22nd International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 1003528 (November 29, 2016); doi: 10.1117/12.2249344. EID: 2-s2.0-85007029648. WOS:000392623500080

136. O. Zayats, V. Tugaenko, I. Matsak, V. Rumyantsev, V. Khvostikov / Receivers for WPT by High Power Narrow Laser Beams // Proceedings of the 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Hamburg, Germany, 2015, pp. 1494 - 1497, ISBN 3-93633839-6, DOI 10.4229/EUPVSEC20152015-4CV.3.40.

137. Kapranov V.; Tugaenko V.; Marakasov D., Kudryavtsev A. / Experimental setup for investigation of narrow IR laser beam propagation along horizontal 1300m urban path // Proc. SPIE 9680, 21st International Symposium Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 96801C (November 19, 2015); DOI: 10.1117/12.2205492. EID: 2-s2.0-84963541676.WOS: 000366810300048.

138. Капранов В.В., Тугаенко В.Ю., Маракасов Д.А., Кудрявцев А.Н. / Горизонтальная атмосферная трасса для исследования турбулентных возмущений энергетических характеристик узконаправленных лазерных ИК пучков в городских условиях// Известия высших учебных заведений. Физика, т.58 в.№8/2, стр.172174, 2015 г.

139. Капранов В.В., Тугаенко В.Ю. / Беспроводная передача электрической энергии на Земле и в космосе // Монография «Сборник научно-популярных статей - победителей конкурса РФФИ 2013 года», выпуск 17, стр.332-339.

140. Корнилов В.А., Тугаенко В.Ю. / Приёмник-преобразователь концентрированного электромагнитного излучения, патент // RU 2499327. Опубл. 20.11.2013. Бюл. №32.

141. Корнилов В.А., Тугаенко В.Ю. / Орбитальная космическая система, патент // RU 2488527. Опубл. 27.07.2013. Бюл. №21.

142. Заяц О.В., Корнилов В.А., Тугаенко В.Ю. / Фотоэлемент приёмника-преобразователя лазерного излучения в космосе, патент // RU 2487438. Опубл. 10.07.2013. Бюл. №19.

143. Евдокимов Р.А., Корнилов В.А., Легостаев В.П., Лобыкин А.А., Лопота В.А., Тугаенко В.Ю. / Космическая система для производства материалов в космосе, патент // RU 2478063. Опубл. 27.03.2013. Бюл. №9.

144. Капранов В.В., Тугаенко В.Ю. / Маркерные системы в техническом зрении для задач обнаружения объектов в атмосфере на расстояниях до 1 км //«Приборы» №10(160) 2013, ISSN 2071-7865.

145. Baskov, V.A., Kim, V.V., Luchkov, B.I., Tugaenko, V.Y., Khablo, V.A Multiplicity of charged particles in electron-induced showers developing in oriented silicon and tungsten crystals Bulletin of the Lebedev Physics Institute Volume 40, Issue 5, May 2013, Pages 109-112. DOI: 10.3103/S1068335613040052. EID: 2-s2.0-84877354248. W0S:000318731500005.

146. Baskov, V.A., Kim, V.V., Luchkov, B.I., Tugaenko, V.Y., Khablo, V.A Orientation dependences of the response of an electromagnetic spectrometer with oriented crystal converter Bulletin of the Lebedev Physics Institute 2013. DOI: 10.3103/S1068335613050011. EID: 2-s2.0-84878647578. W0S:000319768200001.

147. Baskov, V.A., Kim, V.V., Luchkov, B.I., Tugaenko, V.Y., Khablo, V.A Effect of oriented crystalline converter temperature on spectrometer response Bulletin of the Lebedev Physics Institute 2012. DOI: 10.3103/S1068335612080039. EID: 2-s2.0-84866026901.

148. Bogushevskaya V. A., Zhelnin B. V., Zayats O. V., Maslyakov Ya. N., Matsak I. S., Nikonov A. A., Tugaenko V. Yu. / Exploration of ISS transport vehicles solar arrays usage as receivers of infrared laser radiation // Proceedings of the 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Hamburg, Germany, September 2012. EID: 2-s2.0-84883528292.

149. Baskov V.A., Kim V.V., Luchkov B.I., Tugaenko V.Y., Khablo V.A / Charged particle multiplicity in showers formed by gamma-rays in

oriented tungsten crystal // Bulletin of the Lebedev Physics Institute 2011. DOI: 10.3103/S1068335611060029. EID: 2-s2.0-79959831426.

150. Baskov V.A., Bugorskii A.P., Vasil'ev A.N., (...), Tugaenko V.Yu., Khablo V.A. / Electromagnetic showers in oriented garnet crystals // Technical Physics Letters (B), 1998. EID: 2-s2.0-0032390460.

151. Басков В.А., Говорков Б.Б., Ким В.В.,...Тугаенко В.Ю. и др. / Развитие электромагнитных ливней высокоэнергетическими электронами с энергией 8-27 ГэВ в ориентированных кристаллах вольфрама // Письма в ЖЭТФ №57, с.282-284, 1993.

152. Басков В.А., Говорков Б.Б., Ким В.В.,...Тугаенко В.Ю. и др. / Высокоэнергетическая адрон-электронная режекция в ориентированных кристаллах вольфрама // Письма в ЖЭТФ №56, с.233-236, 1992.