Козлов Андрей Николаевич

Образование и работа

Профессор кафедры, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН.

Окончил с отличием Московский инженерно-физический институт (МИФИ) по специальности «Теоретическая ядерная физика», 1979 г.

Докторскую диссертацию «МГД-модели физических процессов в плазменных ускорителях» защитил в 2013 году по специальности «механика жидкости, газа и плазмы».

Область научных исследований

Вычислительная механика жидкости, газа и плазмы, математическая физика.

Теоретические исследования и математическое моделирование в физике плазмы, решение многомерных нестационарных задач динамики плазмы и ионизующегося газа, вычислительная электродинамика.

Основные научные результаты

В 80-х годах выполнен цикл теоретических и численных работ по исследованию динамики плазмы и ионизующегося газа в коаксиальных плазменных ускорителях с азимутальным магнитным полем. Исследования, проведенные на основе уравнений магнитной газодинамики (МГД) для достаточно плотной плазмы, были направлены на разработку квазистационарного плазменного ускорителя (КСПУ). Реализация соответствующей государственной научно-технической программы под общим руководством академика А.П. Александрова и профессора А.И. Морозова завершилась созданием в ряде научных центров СССР мощных сильноточных установок КСПУ, на которых были получены рекордные параметры. В частности, была достигнута скорость истечения потока плазмы более 400 км/c. В настоящее время исследования КСПУ, магнитоплазменных компрессоров и их приложений продолжаются.

Среди основных научных достижений в последние годы следует выделить цикл работ, направленных на решение проблемы управляемого термоядерного синтеза (УТС). Данные исследования ведутся под руководством профессора Козлова А.Н. в рамках гранта Российского Научного Фонда. Новый подход к решению проблемы УТС основан на выявленном эффекте поэтапного или эстафетного увеличения температуры плазмы в результате торможения высокоскоростного потока в магнитном поле последовательного ряда кольцевых проводников с током. В качестве инжектора потоков плазмы предлагается использовать КСПУ, для которого определены условия, обеспечивающие генерацию за счет силы Ампера высокоскоростных потоков дейтерий-тритиевой плазмы с термоядерными параметрами и энергией ионов на уровне, который необходим для последующей реакции синтеза в перспективных термоядерных установках. Публикация этих результатов отмечена в средствах массовой информации, включая РИА Новости.

Создан ряд моделей радиационной магнитной газодинамики (РМГД) для исследования динамики потоков ионизующегося газа и плазмы, включая разработку параллельных программных кодов. Решен ряд задач о переносе излучения в 3D постановке на основе метода длинных и коротких характеристик для различных участков спектра и энергии фотонов.

Другая серия работ связана с изучением течений ионизующегося газа с образованием фронта ионизации в канале КСПУ. Процесс ионизации исследован на основе разработанных МГД моделей различного уровня сложности в приближении локального термодинамического равновесия (ЛТР), в рамках модифицированного диффузионного приближения (МДП) для уравнения кинетики ионизации и рекомбинации, а также на основе МГД уравнений, дополненных системой уравнений поуровневой кинетики для населенностей уровней атомов. Исследована структура фронта ионизации. Определены условия, обеспечивающие стационарность течений ионизующегося газа в каналах КСПУ.

Современный этап исследований КСПУ связан с модернизацией плазменных ускорителей в качестве мощных электрореактивных плазменных двигателей нового поколения. Разработаны основы теории и созданы математические модели динамики плазмы в КСПУ при наличии дополнительного продольного магнитного поля. В рамках двухжидкостной МГД модели с учетом эффекта Холла исследовано влияние продольного магнитного поля на приэлектродные процессы, включая явление кризиса тока. Под руководством профессора А.Н. Козлова в рамках одного из проектов Российского Фонда Фундаментальных Исследований на экспериментальной базе Троицкого института инновационных и термоядерных исследований (ТРИНИТИ) создана новая многофункциональная установка КСПУ с продольным магнитным полем.

Кроме того, проведено теоретическое и численное исследование процессов в стационарных плазменных двигателях (СПД) малой тяги, используемых для коррекции орбит космических аппаратов. Моделирование пристеночной проводимости на макронеоднородной поверхности элементов СПД осуществлено на основе кинетического уравнения для разреженной плазмы в пространстве (2R+3V) измерений. Данный цикл исследований направлен на увеличение ресурса работы СПД. Один из проектов двигательной установки межпланетного комплекса для полета к Марсу включает большое число модулей, состоящих из солнечных батарей и СПД, и предполагает их длительную эксплуатацию.

В последнее время проведены также исследования обтекания гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА). Предложен новый подход и разработана модель обтекания ГЛА при условии генерации узкого потока плазмы перед летящим телом с помощью модернизированного варианта КСПУ, являющегося системой проточного типа. В результате выявлена возможность создания плазменной оболочки, целиком охватывающей ГЛА при наличии азимутального магнитного поля, отвечающего токам выноса в потоках плазмы на выходе из КСПУ.

Педагогическая деятельность

• курс лекций «Математические проблемы вычислительной механики жидкости, газа и плазмы»
• курс лекций «Введение в вычислительную плазмодинамику»
• руководитель курсовых и дипломных работ студентов кафедры

Темы для третьекурсников

Одной из актуальных задач современной физики плазмы является создание мощных ускорителей плазмы, обеспечивающих генерацию плазменных потоков со средней направленной энергией ионов от сотен эВ до десятков кэВ, высокой плотности n > 1015 см-3 и полным энергосодержанием в потоке порядка 0,1-10 МДж. Исследование таких потоков имеет большое значение для решения задач инжекции плазмы в термоядерные установки, взаимодействия плазмы с поверхностью материалов, развития новых технологий, а также создания электрореактивных плазменных двигателей для новых летающих объектов.

Одно из направлений научной деятельности кафедры вычислительной механики является моделирование плазмодинамических и плазмостатических процессов на основе МГД-уравнений, а также решение задач для разреженной плазмы с помощью кинетических уравнений.

Актуальные задачи для курсовых, дипломных проектов и обучения в аспирантуре:

1. Моделирование плазмодинамических процессов в каналах плазменных ускорителей с продольным магнитным полем.
2. Исследование компрессионных потоков плазмы и генерации магнитного поля.
3. Исследование процесса ионизации газа.
4. Расчеты динамики одиночных частиц различной массы в потоке плазмы в рамках задач нанотехнологий и переработки отходов атомной промышленности.

Публикации

Автор более 100 научных трудов. [Список публикаций]

Координаты

 8-499-220-78-88

 ankoz@keldysh.ru; andrey-n-kozlov@mail.ru