Введение к работе
Актуальность работы Расширение диапазона доступных длин волн, на которых осуществляется генерация лазерного излучения, является одной из основных проблем физики лазеров Продвижение в область коротких длин волн (менее 1000 ангстрем) связано с рядом трудностей как технического, так и фундаментального характера, поэтому рентгеновские лазеры по-прежнему остаются реализованными лишь в виде редких лабораторных установок Ожидается, что дальнейшее развитие в этой области приведет к созданию недорог их компактных источников усиленного спонтанного излучения (УСИ) в мягком рентгеновском диапазоне, что позволит в полной мере использовать возможности коротковолновых лазеров Одним из путей подобного развития является переход от источников на основе лазерной плазмы к разрядным источникам
Хотя плазма электрических разрядов менее выгодна с точки зрения достижимых плотностей мощности энерговклада, она обладает определенными преимуществами Во-первых, существенно более высокая суммарная энергия, вкладываемая в вещество (по сравнению с лазерной накачкой), позволяет, при прочих равных условиях, получить большие значения энергии импульса УСИ (вплоть до энергий порядка миллиджоуля [1]) Во-вторых, отсутствует такой громоздкий и дорогостоящий элемент как лазер накачки, что позволяет сделать рентгеновский лазер доступным настольным прибором
Из многочисленных разновидностей разрядной плазмы, наиболее подходящей для получения эффектов УСИ является плазма капиллярных разрядов Капиллярным разрядом называется разряд сквозь тонкий (0 1-10 мм) и длинный (1-30 см) канал Важными свойствами плазмы, образующейся при подобном разряде, являются -
а) большое отношение длина/диаметр (до 1000) Благодаря этому плазма остается
оптически тонкой в поперечном направлении
б) высокая скорость формирования столбика горячей плазмы, благодаря которой в
капиллярном разряде не успевают развиться неустойчивости Результатом является
С.-Петербург;
ОЭ 200^3 кт УУЦ
высокая стабильность и однородность плазменного столба при длинах в несколько сантиметров [2]
Плотность плазмы капиллярных разрядов обычно находится в пределах 10"-ІО2" см", электронная температура может превышать 200 электронвольт
Плазма капиллярного разряда в настоящее время считается наиболее интересным и перспективным объектом для получения инверсии населенностей при помощи электрического разряда, и ее исследованием занимается значительное количество научных коллективов (см Главу 1)
Целью данной работы являлась разработка экспериментальной установки на основе индуктивного накопителя энергии для исследования быстрых капиллярных разрядов Коммутация тока в такой системе должна осуществляться при помощи быстрого размыкателя токовой цепи При этом предполагалось применение разработанной системы для получения инверсии населенностей в аргоновой плазме (3s-3p переход в неоноподобном аргоне), а также выяснение возможностей использования других схем создания инверсии населенностей
Научная новизна
Впервые система с индуктивным накопителем и размыкателем тока применена для создания быстрых капиллярных разрядов (максимальный ток до 50 кА, скорость нарастания тока до 1-2* 1012 А/с) Подобные параметры тока необходимы для получения инверсии населенностей и усиленного спонтанного излучения на длине волны 46 9 нм в неоноподобном арюне Сконструированы и оптимизированы разрядные системы с плазменно-эрозионным и полупроводниковым размыкателями
Исследована начальная стадия пробоя в капиллярном разряде Показано, что инициирование разряда происходит по одному или нескольким каналам вдоль внутренней стенки капилляра
Выявлена возможность определения наличия усиления в плазменном столбике путем анализа внеосевых обскурограмм Показано, что подобный метод позволяет определять наличие даже достаточно малых (-0 05 см' ) коэффициентов усиления в плазме разряда
Показана возможность создания аксиально-периодических плазменных структур путем коллапса ударной волны в аргоновой и углеродосодержащей плазме быстрого разряда в профилированном капилляре Вытекание плазмы из горячих областей вдоль оси капилляра и ее взаимодействие с областями холодной плазмы могут создать благоприятные условия для возникновения инверсии населенностеи в плаіме под действием механизма перезарядки
Практическая ценность работы Разработанный драйвер тока позволяет получить источник усиленного спонтанного излучения на длине волны 468 8 ангстрем Отличительной особенностью данного драйвера является возможность избежать использования сверхвысоких напряжений (свыше 40 кВ) в основном разрядном контуре, что позволяет существенно упростить создание компактных лазерных источников в мягком рентгеновском диапазоне Разработанная техника может быть применена также в других разрядных системах, где необходима высокая скорость нарастания тока
Обнаруженный механизм создания аксиально-периодических плазменных структур путем схлопывания ударной волны при разряде в профилированном капилляре позволяет существенно расширить диапазон длин волн, на которых возможно получение УСИ в установках с разрядной плазмой
Апробация работы Ряд результатов, полученных в диссертации, докладывался и обсуждался на семинарах Института Спектроскопии РАН Также результаты представлялись на следующих научных конференциях
X-Ray Lasers 2000, 7th International Conference on X-Ray Lasers, Saint-Malo, Франция, 19-23 июня 2000 г
Рентгеновская Оптика-2004, Н Новгород, 2-6 мая 2004 г
Публикации По результатам исследований, изложенным в данной диссертации, было опубликовано восемь статей
Структура и объем работы
