Введение к работе
Актуальность проблемы
В начале 60-х годов появилась идея управляемого лазерного термоядерного синтеза. За последние 30 лет наблюдался устойчивый прогресс в понимании условий, при которых может быть реализован инерциальный термоядерный синтез при возможно меньшей энергии управления Большими лазерными установками в мире, на которых проводятся такие эксперименты, являются Omega и NIF в США, Gekko в Японии, Phebus и LMJ во Франции, Helen и Vulcan в Англии, а также установка ИСКРА 5 (ИСКРА 6) в России. За последние 20 лет прогресс в этой области был обусловлен совершенствованием технических возможностей, теории, вычислительной техники и больших лазеров.
Недавнее развитие сверхмощных лазеров фемтосекундной длительности импульса открыло новую эру исследований взаимодействия лазерного излучения с веществом. Фемтосекундные лазерные системы, обладая малой длительностью светового импульса (10-1000 фс), обеспечивают пиковую мощность вплоть до 1 ПВт. При фокусировке лазерного излучения такие лазеры дают возможность получить интенсивность вплоть до 1021 Вт/см2. Энергия импульса в одном импульсе может составлять до 1 кДж. Если такое лазерное излучение сфокусировать на твердое вещество, то образуется плазма с уникальными свойствами. Это дает возможность исследования вещества в экстремальном состоянии близком к условиям возникновения инерциального термоядерного синтеза в малых лабораторных масштабах проведения эксперимента. Взаимодействие горячих электронов образовавшейся плазмы с ионами и нейтральными частицами, производит интенсивное рентгеновское излучение
Рентгеновское излучение является одним из наиболее информативных источников о процессах, происходящих в лазерной высокотемпературной плазме В этом случае особую ценность представляют
фотохронографические методики его регистрации, обеспечивающие регистрацию временной структуры излучения. Длительность рентгеновского излучения порядка длительности лазерного импульса и составляет менее 1 пс При исследовании плазмы с такими характеристиками требуется фотохронограф фемтосекундного разрешения
На данный момент временное разрешение фотохронографов в диапазоне измерений мягкого рентгена превышает 1 пс при использовании фотокатода из золота В диапазоне видимого света лучшее временное разрешение составляет 200-300 фс.
Ранее А.М Тронем был предложен фотохронограф, позволяющий получить разрешение 10 фс в диапазоне видимого света и рентгеновского излучения Ключевым элементом такого фотохронографа является принципиально новый фотокатод сферической конфигурации радиусом 10. 100 мкм Технология изготовления такого фотокатода требует отдельной разработки
Расчетное временное разрешение фотохронографа получено в предположении абсолютно гладкой поверхности фотокатода Реалистичные поверхности всегда имеют определенную шероховатость, которая будет возмущать электростатическое поле, прикладываемое к фотокатоду, влиять на динамику фотоэлектронов, стартующих с его поверхности и, в конечном счете, ухудшать временное разрешение прибора Вопрос о влиянии шероховатости на характеристики фотоэлектронного пучка также не был рассмотрен ранее и требует отдельного теоретического исследования.
Цель работы
Теоретико-расчетное исследование влияния шероховатости поверхности фотокатода на временное разрешение фотохронографа фемтосекундного разрешения, а также разработка и реализация технологии изготовления самого фотокатода.
Научная новизна работы
Научная новизна, по мнению автора, заключается в следующем-
-
Впервые рассмотрена задача влияния шероховатости фотокатода на временное разрешение фотохронографа фемтосекундного разрешения, из которой получены допуски шероховатости, необходимые для достижения требуемого разрешения фотохронографа
-
Разработана и реализована технология изготовления металлического фотокатода для принципиально нового фотохронографа фемтосекундного разрешения
Практическая иенность работы
Разработанная методика исследования влияния шероховатости поверхности фотокатода на фотоэлектронный пучок, а также написанные компьютерные коды, реализующие этот метод, могут быть использованы не только для исследования рассматриваемого фотохронографа, но и для расчета конкретных фотоэлектронных пушек и других приборов с учетом шероховатости фотокатода Из расчетов получаются допуски шероховатости фотокатода, необходимые для работы приборов
Фотокатод, изготовленный по разработанной технологии, будет использован в качестве ключевого элемента фотохронографа фемтосекундного разрешения
На зашиту выносятся следующие результаты:
1. метод математического моделирования микрорельефных поверхностей, относящихся к классу реалистичных поверхностей, описываемых всего двумя параметрами - среднеквадратическими ординатой и наклоном микрорельефа;
2 высокоточный метод расчета электростатического поля вблизи микрорельефной поверхности фотокатода, позволяющий вычислять поле для класса реалистичных поверхностей с более высокой точностью, чем коммерческие программы,
-
результаты расчетов зависимости разрешения фотохронографа от шероховатости поверхности фотокатода с определением допусков на шероховатость, при которых фотохронограф достигает фемтосекундного разрешения;
-
технология изготовления металлического фотокатода для фотохронографа фемтосекундного разрешения
Апообаиия работы
Основные результаты представленных в диссертации исследований докладывались на:
10-й Европейской конференции по ускорительной физике ЕРАС06 (Эдинбург, 2006);
8-й Европейской конференции по диагностике в ускорительной физике D1PAC07 (Венеция, 2007);
11-й всероссийской конференции по диагностике высокотемпературной плазмы (Звенигород, 2005);
научных конференциях МИФИ (2004,2005,2006).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 9 работ
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, и списка литературы. Полный объем 103 стр., 42 рис., 2 табл., список цитированной литературы содержит 94 наименования.
