В Институте ядерной физики им. Г.И.Будкера на установке ГОЛ-3-II обнаружен эффект сильного подавления продольной электронной теплопроводности плотной замагниченной плазмы (n=10¹⁵ см^–3, B₀=5 Tл) в процессе ее взаимодействия с мощным сильноточным релятивистским электронным пучком (Е=1 МэВ, I@50 кА, t@ 6—8 мкс). Благодаря возбуждению в плазме мелкомасштабной турбулентности эффективная частота столкновений электронов плазмы увеличилась на три порядка. Обнаруженный эффект уже позволил достичь электронной температуры в 2 кэВ и позволяет надеяться на ее дальнейший рост при увеличении длительности пуска (рис. 1.22).

В установке газодинамическая ловушка (ГДЛ) в устойчивых режимах удержания с максимальной величиной плазмы до 30% измерен энергобаланс быстрых ионов со средней энергией 5—7 кэВ и плотностью в точках остановки 10¹³ см^–3.

Рис. 1.24. Источник пучка атомов водорода.

Показано, что энергобаланс быстрой компоненты и ее угловое рассеяние определяются парными столкновениями с электронами и ионами основной плазмы. В режимах с большими β измерены поперечные потери энергии из основной плазмы с температурой ~100 эВ. Характерное время остывания плазмы из-за наличия указанных потерь составляет около 30 т.н. бомовских времен. Такая оценка скорости поперечных потерь является благоприятной для рабочих условий нейтронного источника на основе газодинамической ловушки (рис. 1.23).

Создан источник пучка атомов водорода с энергией 50 кэВ, током 1 А и длительностью рабочего импульса до 10 с для диагностики высокотемпературной плазмы (рис. 1.24).

На основе анализа многолетних однородных рядов измерений на обсерваториях Института солнечно-земной физики и Коллм (Германия) дана количественная оценка региональных различий ветрового поля на высотах 80—100 км (верхняя мезосфера — нижняя термосфера). Эти различия обусловлены, во-первых, разными условиями генерации и распространения планетарных волн из нижних слоев атмосферы, проявляющимися в стратосферных потеплениях и в разных сроках перестройки глобальной циркуляции, и, во-вторых, разной реакцией на внешние воздействия (солнечные протонные события, геомагнитные бури) из-за различия геомагнитных широт. Полученные результаты включены во вновь создаваемую Международную справочную модель средней атмосферы (рис. 1.25).

Рис. 1.25. Систематическое различие в годовом ходе скорости ветра на высотах 80-100 км.

По уникальному набору изображений в микроволновом, рентгеновском и оптическом излучениях, полученных рядом наземных и спутниковых телескопов, построен детальный сценарий развития мощной лимбовой солнечной вспышки. Установлено, что мощные и длительные геоэффективные вспышки могут происходить в закрытых магнитных конфигурациях. При этом энерговыделение вспышки происходит в компактных областях, положение которых меняется с развитием вспышки и соответствует местам контакта корональных магнитных трубок с обратными направлениями магнитного поля (рис. 1.26).

Рис. 1.26. Структура микроволновых источников в интенсивности и поляризации на частоте 17 ГГц (полутона - яркостная температура в интенсивности, штриховые линии - уровни яркостной температуры в правой поляризации, пунктирные - в левой поляризации, цифрами указаны источники, появившиеся первыми).

На радаре некогерентного рассеяния во время геомагнитной сверхбури, вызвавшей сильные возмущения ионосферной плазмы, впервые для среднеширотной ионосферы обнаружены сигналы обратного рассеяния радиоволн с аномально высокой мощностью ("когерентные эхо"), которые ранее наблюдались лишь в высокоширотной и экваториальной ионосфере. Анализ показал, что данные эхо-сигналы обусловлены уникальным для средних широт эффектом — возникновением токовой (двухпотоковой) неустойчивости ионосферной плазмы вследствие мощного всплеска электрического поля и величины скорости дрейфа плазмы. Результаты имеют важное значение для изучения фундаментальных проблем физики верхней атмосферы и взаимосвязи системы магнитосфера—ионосфера, эффектов космической погоды. Представлены изменения горизонтальной составляющей магнитного поля (рис. 1.27, б) в период с 24 по 25 сентября 1998 года. Внезапное начало сверхбури приходится на 23:40 UT 24 сентября, ее главная фаза продолжалась с 02:00 до 17:00 UT 25 сентября, во время нее происходили сильные вариации поля. Во время главной фазы наблюдалось сильное отрицательное возмущение электронной концентрации (рис. 1.27, а), достигающее двухкратного ее уменьшения. После окончания главной фазы наблюдались сильное (для ночных условий) поднятие ионосферного слоя (высота максимума превышала 500 км) и падение уровня концентрации в два раза относительно предыдущих суток. В интервале 08:30—15:00 UT регистрировались мощные когерентные эхо (рис. 1.27, в) в диапазоне дальностей 450—1100 км, которые на три порядка превышали уровень мощности обычных сигналов обратного рассеяния.

Показано, что разработанная ранее в Институте космофизических исследований и аэрономии нелинейная теория регулярного ускорения космических лучей в остатках сверхновых объясняет все наблюдаемые свойства излучения от исторического остатка SN 1006, что служит прямым подтверждением идеи о том, что сверхновые являются основным источником космических лучей в Галактике. Непосредственным доказательством этой идеи может служить регистрация порождаемого частицами космических лучей электромагнитного излучения. Электронная компонента космических лучей производит синхротронное излучение, простирающееся от радио- до рентгеновского диапазона длин волн. Присутствие нуклонной компоненты космических лучей в остатках сверхновых можно установить, регистрируя гамма-излучение от распада π⁰-мезонов, рождающихся в ядерных столкновениях космических лучей с атомами среды. При этом особую ценность представляет гамма-излучение высокой энергии, поскольку оно производится космическими лучами предельно высоких энергий. Исторический остаток SN 1006 на сегодня является единственным, от которого зарегистрировано гамма-излучение высокой энергии. Выполненный расчет ожидаемых потоков излучения SN 1006 в радио-, рентгеновском и гамма-диапазонах, рассчитанных на основе нелинейной кинетической теории регулярного ускорения космических лучей, показал хорошее согласие с экспериментом, что служит прямым доказательством того, что источником космических лучей с энергией вплоть до 10¹⁴—10¹⁵ эВ является процесс регулярного ускорения в остатках сверхновых (рис. 1.28).

Рис. 1.28. Результаты измерений потока излучения от SN 1006 в радио (Radio) и рентгеновском (Х-ray) диапазонах (а), верхнее значение потока g-квантов с энергией ~ 1 ГэВ (спутниковый эксперимент EGRET) и значения потоков g-квантов высоких энергий, измеренные гамма-телескопом CANGAROО (б), а также результаты расчета на основе нелинейной теории регулярного ускорения.
Точки - эксперимент, линии - расчет.

Впервые при анализе эффекта солнечного зат мения в ОНЧ-излучении выявлено, что суточная вариация интенсивности регулярных низкочастотных радиошумов на частотах ниже 10 кГц, регистрируемых на востоке Сибири, в равной степени определяется активностью мировых грозовых источников и условиями распространения в приземном волноводе. Результат важен для понимания природы регулярных низкочастотных радиошумов. Ранее было установлено, что наблюдаемые в Якутске радиошумы могут быть связаны с грозовой деятельностью в мировых экваториальных грозовых центрах, прежде всего, в Африканском. Максимальная активность Африканского источника радиошумов проявляется в 15—17 часов мирового времени, когда в Якутске 00—02 часа. Однако суточный ход радиошумов определяется также и условиями их распространения в приземном волноводе. Поэтому регистрируемый в Якутске ночной максимум в суточном ходе радиошумов определяется как активностью источника, так и уменьшением затухания волн на неосвещенной солнцем трассе. Солнечное затмение практически полностью восстановило ночные условия на трассе, что проявилось в возрастании шумов до соответствующего (ночного) уровня.

Рис. 1.29. Суточный ход ОНЧ-шумов на частоте 6,7 кГц с эффектом солнечного затмения (отмечен стрелкой). Невозмущенный уровень приведен точками.

Это позволило впервые установить долю вариаций амплитуды радиошумов, обусловленную суточным изменением мощности грозового источника, и, следовательно, получить дополнительное подтверждение грозо вой природы низкочастотных радиошумов. Тем самым открывается возможность использова ния экспериментальных данных длительных наблюдений низкочастотных радиошумов для исследования динамики мировой грозовой деятельности и ее связи с солнечной активностью. (рис. 1.29).

В Институте ядерной физики им. Г.И.Будкера проведено первое в мире прямое наблюдение распада нейтрального короткоживущего мезона на Пи-мезон, электрон и нейтрино (установка со встречными электрон-позитронными пучками ВЭПП-2М, детектор КМД-2). Выделено 20 событий распада
K_s⁰ ® πe ν. Количественно этот результат согласуется с теоретическими ожиданиями.

Проведено первое в мире наблюдение эффекта ρ—ω-интерференции в
процессе рождения трех Пи-мезонов (ВЭПП-2М, детектор СНД). Полученные данные будут в дальнейшем использоваться для изучения механизмов нарушения изотопической инвариантности (рис. 1.30).

Рис. 1.30. Распределение событий, содержащих распад K_s⁰-мезона по величине параметра, равного разности измеренного в дрейфовой камере импульса заряженной частицы и ее энерговыделения в электромагнитном калориметре. В электронном пике содержится 75 событий, что соответствует вероятности распада
K_s⁰® π eν , равной (7,19 ± 1,35)x 10^–4 .

Создан аэрогель с высокими оптическими параметрами для детекторов черенковского излучения. По основным оптическим параметрам — длине поглощения и длине рассеяния — данные аэрогели превосходят лучшие образцы, производимые в мире. Организовано опытное производство аэрогеля производительностью до 30 л в месяц.

Построена теория тормозного излучения электронов высокой энергии в среде с учетом влияния на процесс излучения многократного рассеяния налетающей частицы (эффект Ландау—Померанчука—Мигдала) и взаимодействия испущенного фотона с электронами среды. Развитая теория находится в полном согласии с прецизионным экспериментом, недавно выполненным в СЛАК (Стенфордский университет, США).

Рис. 1.31. Сверхпроводящий вигглер с полем 7,5 Тесла в собственном криостате на испытательном стенде.

Выполнен цикл работ по созданию сверхпроводящих вигглеров — для генерации синхротронного излучения — с сильным полем (7,5—8 Тесла). Сверхпроводящий вигглер с максимальным полем 7,5 Тесла (рис. 1.31) для электронного накопителя Луизианского университета (научный центр САМD , США) был изготовлен, успешно испытан и установлен на электронный накопитель САМD с максимальной энергией 1,5 ГэВ. Основной целью установки вигглера на накопитель является расширение спектра синхротронного излучения в жесткую область, что существенно расширит возможности для научных и технологических исследований на данном накопителе. Этот вигглер отличается не только рекордным полем, но и тем, что точка излучения из центрального полюса имеет фиксированное положение и не зависит от уровня поля в вигглере.

В Институте оптики атмосферы обобщены результаты многолетних экспедиционных исследований спектральной прозрачности земной атмосферы на средних широтах северного полушария. Выявлен дневной ход аэрозольной оптической толщи и влагосодержания атмосферы над континентом. Проведено генетическое районирование Атлантики, учитывающее преобладающие в каждой зоне атмосферные циркуляции и континентальные аэрозольные источники (рис. 1.32).

Рис. 1.32. Иллюстрация характера дневного хода τ^A_0,48 (аэрозольной оптической толщи), W (общего влагосодержания) и параметра Ангстрема α в условиях континента и океана (среднечасовые (α _ч) значения характеристик нормированы на среднедневные (α _д); масштаб значений α _ч/α _д для океана уменьшен в полтора раза).

Методами самолетного,
шаропилотного и дистанционного лазерного зондирования изучен ранее обнаруженный процесс периодического накопления аэрозольных примесей над оз. Байкал (на высотных уровнях 250—600 и 1200—1500 м) и установлена его обусловленность совокупным действием бризовой и горно-долинной циркуляций (рис. 1.33).

Рис. 1.33. Стратификация атмосферы оз. Байкал по данным самолетного, лазерного и шаропилотного зондирования.