Введение к работе
Актуальность. Проявляемый сейчас интерес к экстремальным состояниям вещества и неидеальной плазме вызван множеством причин, из которых можно выделить две основные. Во-первых, исследования плазмы с сильным межчастичным взаимодействием расширяют фундаментальные представления о веществе в природе, поскольку плазма является наиболее распространенным состоянием вещества во Вселенной. Во-вторых, совокупность проводимых исследований имеет большое практическое значение для таких областей, как атомная энергетика, управляемый термоядерный синтез, безопасность ядерных реакторов, оборонный комплекс, синтез сверхпрочных материалов, плазменные технологии [1]. Для неидеальной плазмы с сильным межчастичным взаимодействием и сравнительно невысокой температурой параметр неидеальности Г, равный отношению энергии кулоновского взаимодействия частиц к термической энергии, превышает единицу, Г>\ . Физические свойства плазмы упрощаются в двух предельных случаях: при высоких температурах и низкой плотности можно применять модель квазиидеальноой плазмы Дебая-Хюккеля, при сверхвысоких давлениях, когда внутренние уровни атомов сдавлены, возможно применение теоретической модели Томаса-Ферми. В случае Г>\ плазма сложна для теоретического описания [2], так как статистика электронной подсистемы занимает промежуточное положение между статистиками Больцмана и Ферми. Таким образом, в интересующей нас области фазовой диаграммы теоретические модели находятся на границе или за границей применимости, и эксперимент является необходимым способом проверки теории [1].
К ключевым экспериментальным проблемам можно отнести проблему генерации в лаборатории состояний вещества с точно измеряемыми термодинамическими параметрами [1]. Актуальным решением этой проблемы является применение взрывных генераторов плазмы, в которых динамическим методом создаются однородные стационарные области ударно-сжатого вещества.
Целью работы является исследование влияния сильного кулоновского взаимодействия на тормозную способность и оптические свойства ударно-сжатой плазмы.
Задачи работы: разработка и оптимизация взрывных генераторов плотной неидеальной плазмы инертных газов и металлов и экспериментальное определение тормозной способности и оптических свойств получаемой неидеальной плазмы.
Научная новизна состоит в следующем: исследовано влияние сильного кулоновского взаимодействия на тормозную способность и оптические свойства ударно-сжатой плазмы с помощью разработанных взрывных генераторов плотной неидеальной плазмы. Исследованная область параметров по плотности числа электронов расширена на порядок в сторону увеличения плотности и повышения параметра неидеальности Г. Изучены тормозные потери быстрых ионов в плазме при параметре неидеальности Г~1. Проведено измерение коэффициентов поглощения плотной плазмы ксенона при коэффициенте поглощения, приближающемся к 2000 см'1.
Практическая ценность разработанных компактных взрывных генераторов заключается в возможности их использования совместно с малогабаритными взрывными камерами в тех случаях, когда это необходимо, например, для экспериментов с ионными пучками.
Экспериментальные данные по тормозной способности плотной неидеальной плазмы имеют практическое значение для разрабатываемых проектов по ионному термоядерному синтезу и для верификации теоретических моделей, описывающих торможение быстрых ионов в плотной плазме.
Данные по оптическим свойствам взрывной плазмы, по параметрам уширения и сдвига линий имеют практическую значимость для диагностики плотной плазмы оптическими методами и сравнения с моделями распределения микрополей в неидеальной плазме.
Личный вклад автора. Лично автором или при его непосредственном участии осуществлялись постановка и обоснование задач по оптимизации параметров компактных взрывных генераторов, определению тормозных потерь энергии быстрых ионов в плотной плазме и определению оптических свойств плазмы. Лично автором подготавливались экспериментальные сборки для взрывного эксперимента и при его непосредственном участии проводились взрывные эксперименты, обработка полученных данных, формулировки основных выводов и написание научных публикаций. Примененные экспериментальные стенды и основные методики проведения экспериментов создавались и разрабатывались при личном участии автора. Автором были созданы программы для обработки данных
скоростной пирометрической методики для оптических измерений и для обработки данных времяпролетной методики измерения тормозных потерь ионов.
Экспериментальные данные по торможению протонов получены в ходе совместной работы с Голубевым А. А. (ИТЭФ, Москва), данные по торможению тяжелых ионов в плотной аргоновой плазме получены совместно с К. Вайрех (K.Weyrich, GSI, Дармштадт). Импульсное рентгенографирование проводилось в компании «Dynamit Nobel».
Обсуждение и интерпретация экспериментальных результатов проводились совместно с Голубевым А. А., К. Вайрех, Грязновым В. К. (ИПХФ РАН, Черноголовка) и научным руководителем Минцевым В. Б.
Апробация работы. Основное содержание отражено в 16-ти статьях, 9 из которых опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК; результаты исследований докладывались и обсуждались на Всероссийской научной конференции «Физика низкотемпературной плазмы» (Петрозаводск, 1995), Международной конференции «International Conference of the Physics of Strongly Coupled Plasmas» (Binz, Germany, 1995), XI Международной конференции «Уравнения состояния вещества» (Нальчик, 1996), Международной конференции «Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество» (Терскол, 1997 и 1998), Международной конференции «XXIII International Conference on Phenomena in Ionized Gases» (Toulouse, 1997), Международном симпозиуме «12th International Symposium on Heavy Ion Inertial Fusion» (Heidelberg, Germany, 1997), Международном симпозиуме «14th International Symposium on Heavy Ion Inertial Fusion» (Москва, 2002), Международной конференции «Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество» (Эльбрус, 2001, 2003 и 2005), Международной конференции «Strongly Coupled Coulomb Systems» (Москва, 2005), Международном совещании «12th International Workshop on the Physics of Non-Ideal Plasma» (Darmstadt, Germany, 2006), Международной конференции «Уравнения состояния вещества» (Эльбрус, 2002, 2006 и 2010), Международной конференции «Shock Compression of Condensed Matter» (Amherst, 1997; Chicago, 2011), а также на научных семинарах ИПХФ РАН, ИТЭФ, GSI (Дармштадт).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения с основными результатами работы и списка литературы. Объем диссертации составляет 107 страниц, включая 63 рисунка, 2 таблицы и библиографию из 77 наименований.
