О нас

Проект #3755

МНТЦ (Международный Научно - Технический Центр)

Название проекта

Полное: 

Физико-химическая эволюция неидеальной плазмы Солнца по современным гелиосейсмическим данным

Краткое:

Неидеальная плазма Солнца по современным гелиосейсмическим данным

Руководитель проекта :

Бабань Сергей Андреевич

Научный сотрудник Российского Федерального Ядерного Центра — Всероссийского Научно – Исследовательского Института Технической Физики (РФЯЦ-ВНИИТФ)

Адрес:

Россия, 456770, Челябинская область, г. Снежинск, ул. Васильева, д.13; а/я 245.

Телефон:

+7-351-465-6560 (GMT +5:00 )

Факс:

+7-351-465-5118

E-mail:

s.a.baban@vniitf.ru

Научный руководитель проекта:

Старостин Андрей Никонович, профессор

Начальник отдела Государственного Научного Центра Российской Федерации — Троицкого Института Инновационных и Термоядерных Исследований (ГНЦ ТРИНИТИ)  

Адрес:

Россия, 142190, Московская область, г.Троицк, ул. Пушковых, д.12.

Телефон:

+7-495-334-5256

Факс:

+7-495-334-5158

E-mail:

staran@triniti.ru

Помощник Руководителя проекта в ГНЦ ТРИНИТИ:

Петрушевич Юрий Васильевич, доктор физ.-мат. наук

Начальник лаборатории Государственного Научного Центра Российской Федерации — Троицкого Института Инновационных и Термоядерных Исследований (ГНЦ ТРИНИТИ)

Адрес:

Россия, 142190, Московская область, г.Троицк, ул. Пушковых, д.12.

Телефон

+7-495-334-5256

Факс:

+7-495-334-5158

E-mail:

petrushe@triniti.ru

Помощник Руководителя проекта в ГАИШ МГУ:

Батурин Владимир Анатольевич, кандидат физ.-мат. наук

Старший научный сотрудник Государственного Астрономического Института им. П.К.Штернберга МГУ им. М.В.Ломоносова (ГАИШ МГУ)

Адрес:

Россия,119992, г.Москва, Университетский пр., д.13.

Телефон:

+7-495-939-1626

Факс:

+7-495-932-8841

E-mail:

 vab@sai.msu.ru

Головной Институт

Российкий Федеральный Ядерный Центр — Всероссийский Научно – Исследовательский Институт Технической Физики (РФЯЦ-ВНИИТФ)

Адрес:

Россия, 456770, Челябинская область, г. Снежинск, ул. Васильева, д.13; а/я 245.

Институты-Участники

Государственный Научный Центр Российской Федерации — Троицкий Институт Инновационных и Термоядерных Исследований (ГНЦ ТРИНИТИ)

Адрес:

Россия, 142190, Московская область, Троицк, ул. Пушковых, вл.12.

Государственный Астрономический Институт им. П.К.Штернберга МГУ им. М.В.Ломоносова (ГАИШ МГУ)

Адрес:

Россия,119992, Москва, Университетский пр., д.13.

Зарубежные Коллабораторы

Краткое описание проекта

В современной астрофизике под моделью Солнца понимается расчет эволюции распределения химического состава солнечной плазмы, начиная от однородной начальной стадии до современного состояния. Детальное описание эволюции Солнца необходимо для реалистического прогнозирования процессов, происходящих на Земле и в солнечной системе, поскольку Солнце определяет химический состав планет, а также условия их формирования и дальнейшего развития. Изменение макроскопических параметров Солнца в процессе эволюции (увеличение светимости и радиуса, изменение поверхностной температуры, возможность нестационарных стадий эволюции) определяют всю судьбу тел солнечной системы.

Стандартная модель внутреннего строения, сформированная к середине прошлого (XX) века и принимаемая в астрофизике до конца 80-х годов, базировалась на существенно упрощенных предположениях. Так, считалось достаточным учесть эволюцию только основных химических составляющих — водорода и гелия, превращения которых происходят только в процессе термоядерных реакций, локализованных в ядре Солнца. При этом полагалось, что все промежуточные компоненты цепочек превращения таких реакций находятся в равновесии, т.е. реакции рассматривались как одностадийные. В тоже время, в последние годы получены обширные данные гелиосейсмологических наблюдений о собственных частотах колебаний Солнца, которые имеют высокую точность и дают информацию о профилях скорости звука и плотности внутри Солнца. Таким образом, эти данные позволяют получить информацию о физических условиях в его недрах и, в результате, существенно уточнить стандартную модель: в настоящее время расхождение между теоретическими частотами и наблюдениями на один-два порядка превышает уровень точности данных наблюдений.

Целью проекта является построение уточненной модели Солнца на основе последних достижений в описании свойств слабонеидеальной плазмы и процессов в ней с опорой на новейшие экспериментальные данные по гелиосейсмологии.

Предлагаемое развитие модели Солнца будет включать построение максимально точного уравнения состояния солнечной плазмы, уточнение величин оптической непрозрачности и скорости выделения энергии на различных этапах химической эволюции Солнца, внедрение моделей турбулентного перемешивания для описания конвективного переноса вещества и энергии, а также учет процессов диффузии и сегрегации тяжелых элементов, существенно влияющих на распределение химических элементов вдоль радиуса Солнца.

В институтах-участниках созданы пакеты прикладных программ, позволяющие рассчитывать сложные газодинамические процессы, включая диффузию и сегрегацию вещества, а также термодинамические свойства и коэффициенты непрозрачности плазмы с учетом ее многокомпонентного состава. Кроме того, созданы физико-математические модели для описания кинетических процессов и изменения состава вещества за счет термоядерного горения в условиях плазмы Солнца. Участвующие в проекте российские группы занимают высокие позиции в исследованиях по соответствующим направлениям.

Осуществление намеченной цели проекта будет происходить путем адаптации существующих комплексов программ радиационной гидродинамики к условиям солнечной плазмы, которая позволит моделировать соответствующие физические процессы в солнечной плазме и проводить оценки влияния сделанных уточнений на итоговую модель Солнца. В итоге, с учетом всех рекомендаций, выработанных на предыдущих этапах работы, и верификации физических моделей на основе анализа гелиосейсмических данных будет построена модель химической эволюции неидеальной плазмы Солнца.

Уточнение описания физических явлений и процессов в солнечной плазме, будет основываться на опубликованных гелиосейсмологических данных о профилях скорости звука и плотности вещества внутри Солнца. При уточнении УрС слабонеидеальной солнечной плазмы будет учитываться многокомпонентность вещества и зависимость его состава от радиуса Солнца. Будет проведено сравнение полученного УрС с ранее опубликованными уравнениями. Для корректного описания процессов переноса излучения предполагается использовать уточненные данные по коэффициентам непрозрачности среды, отражающие изменение химического и ионного состава плазмы от точки к точке. Уточнение этих данных будет осуществляться путем детального описания структуры спектров всей совокупности связно-связных и связно-свободных переходов, а также должного учета плазменных эффектов. Для описания областей конвективного переноса будет использоваться полуэмпирическая kε-модель турбулентного перемешивания, коэффициенты которой будут подбираться по данным, полученным в лабораторных экспериментах и по результатам прямого численного моделирования. В отличие от прежних моделей, служивших для определения ширины зоны конвективного переноса, данная модель позволит самосогласованным образом находить границы конвективной зоны. Дополнительно будут учтены процессы диффузии и сегрегации тяжелых элементов в гравитационном поле, которые важны для описания распределения химических элементов вдоль радиуса Солнца, а, следовательно, при уточнении уравнения состояния и коэффициентов непрозрачности среды. Будут также внесены уточнения в соотношения для скоростей термоядерных реакций, обусловленных влиянием высокоскоростных частиц.

Полученные данные будут использоваться для описания текущего состояния Солнца и его эволюции. На основе полученных результатов будет проведен анализ влияния каждого физического параметра на итоговую модель и на распределение физических величин внутри Солнца.

Выполнение проекта позволит не только существенно уточнить стандартную модель Солнца, но и развить современные теоретические представления о физике неидеальной плазмы в целом. В результате будут созданы расчетно-теоретические модели для описания физических параметров плазмы с многопараметрическим химическим составом, которые могут найти свое применение не только в астрофизике, но и в других прикладных и фундаментальных исследованиях, а также в инженерных расчетах плазмохимических и энергетических установок. Результаты, полученные в ходе выполнения проекта предназначены для общедоступного и некоммерческого использования в фундаментальных и прикладных научных исследованиях, а также для университетских образовательных программ. Они будут опубликованы в ведущих физических и астрономических научных журналах, а также в сети Интернет на специальном Web-сайте проекта.

Реализация проекта полностью отвечает основным целям и задачам МНТЦ. Предлагаемый проект ориентирован на решение важной научной проблемы, не имеющей военного применения, но требующей использования достигнутого оружейными специалистами опыта решения различных задач физики высоких плотностей энергии, как в описании фундаментальных физических процессов, так и в их численном моделировании. Решение задач проекта будет достигаться в тесном сотрудничестве участников проекта с зарубежными коллабораторами. Научные контакты с иностранными коллабораторами будут проводиться в форме постоянного взаимодействия через Интернет, совместного участия в рабочих встречах, семинарах и конференциях. Они будут также включать в себя непосредственный обмен теоретическими и гелиосейсмологическими данными, полученными в организациях-участниках и организациях-коллабораторах или отобранными из публикаций в научных изданиях.

 

 

Коллабораторы проекта

Университет г. Росток, Институт физики, Германия

Политехникум Турина, Италия

Университет Южной Калифорнии, Кафедра физики и астрономии, США

Университет г. Аарус, Отделение физики и астрономии, Дания