Свободно локализованный высокочастотный разряд, возникающий в газе под действием мощного сфокусированного излучения, является новым своеобразным объектом нелинейной физики и в то же время представляет большой интерес для разнообразных приложений (источники многозарядных ионов и рентгеновского излучения, плазменные технологии обработки и создания материалов, плазменные антенны, накачка газовых лазеров, генерация терагерцового излучения и др.).
С момента своего создания ИПФ РАН является одним из ведущих центров по изучению разрядных явлений в волновых пучках. Здесь под руководством В. Б. Гильденбурга и А. Г. Литвака в 70-е и 80-е годы были выполнены теоретические и экспериментальные исследования, в которых решен ряд важных общих вопросов нелинейной динамики микроволнового разряда и, по существу, заложены основы соответствующего нового научного направления в нелинейной электродинамике и физике газоразрядной плазмы.

Схема электронно-циклотронного резонансного источника многозарядных ионов СМИС-37: 1 — разрядная вакуумная камера, 2 — магнитные катушки, 3 — входное кварцевое СВЧ окно, 4 — диагностическая вакуумная камера, 5 — импульсный клапан напуска газа, 6 — плазменный электрод, 7 — экстрактор многозарядных ионов, 8 — высоковольтные изоляторы.

С 2005 года ведется разработка короткоимпульсного (10–100 мкс) источника многозарядных ионов дорогих радиоактивных изотопов для использования в международной программе исследований осцилляций нейтрино («Beta Beam Project», ЦЕРН, Швейцария). Использование мощных импульсных гиротронов мегаваттного уровня мощности, оригинальные конструктивные решения и первые обнадеживающие эксперименты дают уверенность в реальности создания необходимого источника.
Наши работы по исследованию физических особенностей и созданию «газодинамических» источников ионов хорошо известны специалистам в нашей стране и за рубежом. Они используются при разработке источников многозарядных ионов нового поколения в Италии, Франции, Японии, ФРГ, США.
 Линейчатое излучение многозарядных ионов газодинамического источника лежит в диапазоне мягкого рентгена (экстремального ультрафиолета), при этом его интенсивность пропорциональна квадрату плотности плазмы или четвертой степени частоты, поддерживающей разряд волны. В этой связи использование излучения миллиметрового или субмиллиметрового диапазона длин волн представляется весьма перспективным. Уже в первых экспериментах при использовании излучения гиротрона с частотой 37 ГГц кпд преобразования СВЧ-энергии в рентген (в диапазоне 65–170 A) достигал 10 %.

Фотография экстрагируемого ионного пучка (слева), полученная с использованием сцинтиллятора и многоапертурного экстрактора (справа).