Вчені з нижегородського Інституту прикладної фізики РАН теоретично показали можливість створення так званих хвиль-убивць у потужних джерелах СВЧ-випромінювання, відомих як гіротрони. Робота опублікована в журналі .Хвилями-вбивцями називають сплески незвично високої амплітуди, що несподівано виникають на тлі відносно невеликого хвилювання. Вперше хвилі-вбивці спостерігалися на поверхні води у відкритому океані, а свою назву вони отримали через істотну шкоду, яку вони можуть завдати судну або самотньо стоїть нафтовидобувній платформі.
З точки зору фізики у випадково коливному середовищі завжди є ймовірність появи хвиль високої амплітуди. Однак частота появ хвиль-убивць надто велика, щоб пояснити їх просто випадковістю. Ця загадка, яка довгий час існувала в науці, була вирішена не так давно. Виявилося, що хвилі-вбивці - наслідок нелінійних властивостей хвиль, що спостерігаються, тобто їх виникнення пояснюється тим, що результат складання двох хвиль, які прийшли в якусь точку, не є простою арифметичною сумою цих хвиль - хвилі змінюють властивості середовища, в якому вони поширюються (наприклад, змінюють товщину водного шару в разі хвиль на воді), що змінює умови поширення самих цих хвиль. Оскільки нелінійні хвилі можуть спостерігатися не тільки на воді, але і в інших системах, вчені стали шукати хвилі-вбивці і в них. Ці пошуки увінчалися успіхом: різкі сплески на тлі випадкового хвилювання спостерігалися в рідкому гелії, оптиці, напівпровідникових і волоконних лазерах, плазмі та інших середовищах. Група, що працює в Інституті прикладної фізики РАН у Нижньому Новгороді, спеціалізується на фізиці СВЧ-генераторів. Головним об'єктом їх дослідження є гіротрони - потужні СВЧ-випромінювачі, здатні створювати мікрохвильові імпульси потужністю до декількох мегават. Одне з головних призначень гіротронів - нагрів плазми в установках термоядерного синтезу. Вчені вирішили подивитися, чи не можна поспостерігати хвилі-вбивці і в СВЧ-діапазоні.
Проведені теоретичні оцінки показали, що це, дійсно, можливо. Для цього необхідно підвищувати струм електронів, які власне і генерують СВЧ-випромінювання в гіротронах, до такої величини, щоб пристрій перейшов у режим розвиненої турбулентності. У цьому випадку, як показано в роботі, у випромінюванні можуть спостерігатися сплески, потужність яких у 100-150 разів перевищує середню потужність випромінювання і в 6-9 разів - потужність збуджувального електричного струму.
Ці викладки були додатково перевірені шляхом повнорозмірного тривимірного чисельного моделювання з використанням спеціального коду КАРАТ.
З практичної точки зору отримані результати цікаві в першу чергу можливістю створити надпотужне джерело СВЧ-випромінювання. При цьому необхідні для експериментальної реалізації потрібного режиму роботи електронні пучки можуть бути отримані за допомогою стандартних магнетронних гармат, що використовуються в існуючих гіротронах.