Flying mirror model for interaction of a super-intense laser pulse with a thin plasma layer: Transparency and shaping of linearly polarized laser pulses

A self-consistent one-dimensional (1D) flying mirror model is developed for description of an interaction of an ultra-intense laser pulse with a thin plasma layer (foil). In this model, electrons of the foil can have large longitudinal displacements and relativistic longitudinal momenta. An approximate analytical solution for a transmitted field is derived. Transmittance of the foil shows not only a nonlinear dependence on the amplitude of the incident laser pulse, but also time dependence and shape dependence in the high-transparency regime. The results are compared with particle-in-cell (PIC) simulations and a good agreement is ascertained. Shaping of incident laser pulses using the flying mirror model is also considered. It can be used either for removing a prepulse or for reducing the length of a short laser pulse. The parameters of the system for effective shaping are specified. Predictions of the flying mirror model for shaping are compared with the 1D PIC simulations, showing good agreement.open

Current Trends of Membrane Technology Development

Мембранные технологии в настоящее время являются одними из самых востребованных. Об этом говорят их разнообразие и широкий спектр использования мембран в самых актуальных сферах жизнедеятельности человека, таких как опреснение и очистка воды, энергетика, медицина, химическая и нефтегазовая промышленность и др., что, в свою очередь, порождает интерес к изучению свойств мембран и разработке мембран нового поколения, а также дает импульс в расширении исследований и привлечении нанотехнологий в мембранную науку и практику. В данной статье описываются основные виды и принципы мембранного разделения, проводится обзор состояния мембранной индустрии, показаны актуальные научные достижения в производстве мембран, а также перспективы их дальнейшего развитияMembrane technologies are currently one of the most popular. This is indicated by their diversity and wide range of use of the membranes in the most relevant spheres of human activity, such as desalination and water treatment, energy, medicine, chemical and petroleum industry etc. It in turn generates interest in studying of membrane properties and the development of new generation membranes and also gives impetus to the expansion of research and the involvement of nanotechnology in membrane science and practice. This article describes the main types and principles of membrane separation, reviewed the status of membrane industry, the scientific advances in the production of membranes, provides an overview of the state of the membrane industry, shows relevant scientific advances in the production of membranes, as well as the prospects of their developmen

Theoretical investigation of controlled generation of a dense attosecond relativistic electron bunch from the interaction of an ultrashort laser pulse with a nanofilm

For controllable generation of an isolated attosecond relativistic electron bunch [relativistic electron mirror (REM)] with nearly solid-state density, we propose using a solid nanofilm illuminated normally by an ultraintense femtosecond laser pulse having a sharp rising edge. With two-dimensional (2D) particle-in-cell (PIC) simulations, we show that, in spite of Coulomb forces, all of the electrons in the laser spot can be accelerated synchronously, and the REM keeps its surface charge density during evolution. We also developed a self-consistent 1D theory, which takes into account Coulomb forces, radiation of the electrons, and laser amplitude depletion. This theory allows us to predict the REM parameters and shows a good agreement with the 2D PIC simulations.open524

Flying mirror model for interaction of a super-intense nonadiabatic laser pulse with a thin plasma layer: Dynamics of electrons in a linearly polarized external field

Interaction of a high-power laser pulse having a sharp front with a thin plasma layer is considered. General one-dimensional numerical-analytical model is elaborated, in which the plasma layer is represented as a large collection of electron sheets, and a radiation reaction force is derived analytically. Using this model, trajectories of the electrons of the plasma layer are calculated numerically and compared with the electron trajectories obtained in particle-in-cell simulations, and a good agreement is found. Two simplified analytical models are considered, in which only one electron sheet is used, and it moves transversely and longitudinally in the fields of an ion sheet and a laser pulse (longitudinal displacements along the laser beam axis can be considerably larger than the laser wavelength). In the model I, a radiation reaction is included self-consistently, while in the model II a radiation reaction force is omitted. For the two models, analytical solutions for the dynamical parameters of the electron sheet in a linearly polarized laser pulse are derived and compared with the numerical solutions for the central electron sheet (positioned initially in the center) of the real plasma layer, which are calculated from the general numerical-analytical model. This comparison shows that the model II gives better description for the trajectory of the central electron sheet of the real plasma layer, while the model I gives more adequate description for a transverse momentum. Both models show that if the intensity of the laser pulse is high enough, even in the field with a constant amplitude, the electrons undergo not only the transverse oscillations with the period of the laser field, but also large (in comparison with the laser wavelength) longitudinal oscillations with the period, defined by the system parameters and initial conditions of particular oscillation.open282

Improvement of Technology of Thermal Insulation of Buildings

Актуальность исследований обусловлена тем, что в настоящее время современные нормы сбережения тепловой энергии и теплозащиты зданий ориентированы на применение весьма ограниченного набора решений по снижению энергетического потребления, не всегда отвечающих конкретным условиям строительства и зачастую весьма дорогостоящих. Предложена методика исследования эффективного утепления ограждающих конструкций стен зданий, учитывающая взаимосвязь конструктивных, теплотехнических, режимных параметров и экономических показателей. Целью является определение оптимального значения толщины утепления теплоизоляционным материалом объекта с учетом отпускаемой ему тепловой энергии. В проведенном исследовании использовались методы математического моделирования теплообмена, оптимизационной задачи. Представлено экспериментальное исследование, показывающее возможность применения методики технико-экономической оптимизации тепловой изоляции ограждающих конструкций стен здания. Результатом исследования является снижение расходов тепловых потерь через ограждающие конструкции и электрической энергии на регулирование системы «отопление, вентиляция и кондиционирование». Проведенные исследования свидетельствуют о целесообразности использования предложенных разработок, способствующих определению оптимальной толщины утепления теплоизоляционным материалом стен объектов, нахождению минимальных приведенных затрат, выгодному выбору способа регулирования отпускаемой тепловой энергииThe relevance of research is due to the fact that at present, modern standards for saving thermal energy and thermal protection of buildings are focused on the use of a very limited set of solutions to reduce energy consumption, which do not always meet the specific conditions of construction and are often very expensive. A technique for studying the effective insulation of building envelopes is proposed, taking into account the relationship between structural, heat engineering, regime parameters and economic indicators. The goal is to determine the optimal value of the thickness of insulation by the heat-insulating material of the object, taking into account the thermal energy supplied to it. In the study, methods of mathematical modeling of heat transfer, an optimization problem were used. An experimental study is presented, showing the possibility of applying the technique of technical and economic optimization of thermal insulation of building envelopes. The result of the study is to reduce the cost of heat losses through building envelopes and electrical energy for the regulation of the “heating, ventilation and air conditioning” system. The conducted studies testify to the expediency of using the proposed developments, which contribute to determining the optimal thickness of insulation with heatinsulating material of the walls of objects, finding the minimum reduced costs, and an advantageous choice of a method for regulating the supplied thermal energ

Methods and Means of Determination Dynamic Strength of Water

В настоящей работе представлены результаты исследований с целью определения кавитационной прочности воды. Предложено использовать изменение зависимости скорости сдвига от сдвигающих напряжений в качестве критерия, позволяющего определить момент перехода от сплошного потока к кавитационному. Для обработки экспериментальных результатов проведены численные расчеты с использованием метода локальной полиномиальной регрессии. Обработка данных методами аппроксимации позволила продемонстрировать, что коэффициент динамической вязкости воды, в области однофазного течения являющийся константой при постоянной температуре, снижается при начале нарушения сплошности потока, т.е. кавитационных процессах в жидкостиThis paper presents the results of studies to determine the cavitation strength of water. It is proposed to use the change in the dependence of the shear rate on shear stresses as a criterion for determining the moment of transition from a continuous flow to a cavitation one. To process the experimental results, numerical calculations were carried out using the method of local polynomial regression. Data processing by approximation methods made it possible to demonstrate that the coefficient of dynamic viscosity of water, which is a constant at a constant temperature in the region of a single-phase flow, decreases at the onset of flow discontinuity, i.e., cavitation processes in the liqui

Development of Technology of Receiving Water Coal Fuel from Brown Coals of a Field a Kara-Keche of the Kyrgyz Republic

Представлены результаты разработки технологии получения водоугольного топлива из бурых углей месторождения Кара-Кече Кыргызской Республики. Лабораторные исследования, испытания в опытно-промышленных условиях показали возможность получения такого топлива с требуемыми структурно-реологическими и теплотехническими характеристиками. Разработана пластифицирующая добавка, позволяющая достичь значений вязкости менее 500 мПа·с при содержании твердой фазы 53 % и низшей теплоте сгорания не менее 10,5 МДж/кг (2500 ккал/кг)Results of development of technology of receiving water coal fuel from brown coals of a field Kara-Keche of the Kyrgyz Republic are presented. Laboratory researches, tests in trial conditions have shown possibility of receiving such fuel with demanded structural and rheological and heattechnical characteristics. The plasticizing additive, allowing to reach values of viscosity less than 500 MPas · with at the maintenance of a firm phase of 53 % and the lowest warmth of combustion not less than 10,5 MDZh/kg (2500 kcal/kg) is develope

Methods of Burning Solid Fuel Mixtures in Power Plants (Review)

В работе представлен один из наиболее доступных способов перехода к ресурсосберегающей и экологически безопасной выработке тепловой и электрической энергии угольными объектами теплоэнергетики, заключающийся в сжигании смесей топлив. Проведен обзор существующего опыта перевода действующего теплотехнического оборудования как в России, так и за рубежом, подробно описаны основные трудности в процессе сжигания твердотопливных смесей. Наиболее эффективные смеси по своим экологическим показателям получаются на основе угля и биомассы с ее добавлением по теплосодержанию не более 20 %. Горение остается одним из самых сложных и не исследованных процессов, а при совместном горении нескольких твердых топлив происходят дополнительные взаимодействия, которые влияют на основные характеристики горения, поэтому в работе отдельно рассмотрены методики исследований процесса горения и оборудование для проведения опытного сжигания твердотопливных смесейThe paper presents one of the most accessible ways to transition to resource-saving and environmentally safe generation of heat and electricity by coal-fired thermal power facilities, which consists in burning fuel mixtures. A review of the existing experience in the transfer of existing heat engineering equipment both in Russia and abroad is carried out, the main difficulties in the process of burning solid fuel mixtures are described in detail. The most effective mixtures in terms of their environmental performance are obtained on the basis of coal and biomass with its addition in terms of heat content of no more than 20 %. The combustion remains one of the most complex and unexplored processes, and during the joint combustion of several solid fuels, additional interactions occur that affect the main combustion characteristics, therefore, the paper separately considers the methods for studying the combustion process and equipment for experimental combustion of solid fuel mixture

Dry Residues of Sewage – a Promising Energy Fuel

По профилям кривых дифференциальной сканирующей калориметрии была определена максимальная интенсивность теплового потока, а также эндотермические и экзотермические эффекты горения остатков сточных вод (ОСВ). Иловые остатки сточных вод имеют высокую зольность (более 50 %), что снижает значение низшей теплоты сгорания в рабочем состоянии. Высокое содержание летучих веществ (более 80 %) обеспечивает раннее зажигание при температуре 268 °C. Имея низкую температуру зажигания, они могут быть перспективным добавочным топливом к углю после обогащения с целью существенного снижения зольности и увеличения теплоты сгорания. Низкое значение индекса горения, равное 0,4×10–6, обусловлено низким значением максимальной скорости реакции, равной 13 %/мин, и высокой температурой выгорания, равной 633 °C. Проведенные исследования показали, что сжигание ОСВ не приводит к ухудшению условий эксплуатации топочных экранов в топках котлов из-за высокого содержания минералов в золе с высокой температурой плавления (фосфаты железа и кальция). Высокое содержание фосфора в остатках сточных вод способствует иммобилизации подвижного железа в фосфаты. Такой состав ОСВ будет способствовать уменьшению мобильности тяжелых металлов в шлаковых и зольных остатках совместного сжигания с углями при последующем долговременном хранении. Результаты данного исследования целесообразно использовать при проектировании объектов теплоэнергетикиFrom the profiles of the curves of differential scanning calorimetry, the maximum intensity of the heat flux, as well as the endothermic and exothermic effects of the combustion of wastewater residues (SWS) were determined. Sludge wastewater residues have a high ash content (more than 50 %), which reduces the value of the lower calorific value in the working state. The high content of volatile substances (more than 80 %) ensures early ignition at a temperature of 268 °C. Having a low ignition temperature, they can be a promising additional fuel to coal after enrichment in order to significantly reduce the ash content and increase the calorific value. The low value of the combustion index equal to 0.4×10–6 is due to the low value of the maximum reaction rate equal to 13 %/min and the high burnout temperature equal to 633 °C. The conducted studies have shown that the combustion of WWS does not lead to a deterioration in the operating conditions of the furnace screens in boiler furnaces due to the high content of minerals in the ash with a high melting point (iron and calcium phosphates). The high content of phosphorus in wastewater residues contributes to the immobilization of mobile iron into phosphates. Such a composition of WWS will help to reduce the mobility of heavy metals in slag and ash residues of co-combustion with coal during subsequent long-term storage. The results of this study should be used in the design of thermal power facilitie