Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Постановка эксперимента 15
1.1. Схемы X пинчей. 15
1.2. Генераторы сильноточных электрических разрядов, использованные в экспериментах. 17
1.3. Средства диагностики 19
1.3.1. Электрические измерения. 19
1.3.2. Измерения в оптическом диапазоне, лазерное зондирование 19
1.3.3. Рентгеновские измерения. 23
Глава 2. Методы исследований в рентгеновском диапазоне 25
2.1. Спектральное разложение рентгеновского излучения. 25
2.1.1. Кристаллические спектрографы 26
2.1.2. Спектрографы с пропускающими решетками 27
2.1.3. Спектрографы со скрещенной дисперсией. 29
2.2 Методы получения рентгеновских изображений . 30
2.2.1. Пассивные методы (регистрация собственного излучения). 30
2.2.2. Рентгеновские спектрографы с пространственным разрешением. 36
2.2.3. Активные методы (рентгеновская радиография). 40
2.3. Регистрация рентгеновского излучения с временным разрешением. 45
2.3.1 Измерения с помощью рентгеновских фотодиодов. 46
2.3.2. Измерения с помощью рентгеновского
электронно-оптического преобразователя
со щелевой разверткой (стрик-камеры). 47
2.3.3. Измерения жесткого рентгеновского излучения. 50
Глава 3. Структура и динамика X пинча . 51
3.1 Результаты первых исследований, основные характеристики X пинча. 51 3.2. Развитие диагностических методик. Рентгеновская радиография X пинча. 63
3.3 Обобщенный сценарий процессов в X пинче . 66
3.3.1 Начальная стадия формирования нагрузки X пинча в сильноточном диоде 67
3.3.2. Процессы формирования перетяжки X пинча 69
3.3.3 Динамика перетяжки. Каскадирование. 71
3.3.4. Формирование и локализация горячей точки. Радиационный взрыв. 73
3.3.5 Разрыв перетяжки, образование минидиода и генерация пучков. 76
3.4. Взаимодействие X пинчей. Многократные и многопроволочные X пинчи. 79
3.5. Особенности Х-пинчей из различных материалов. 83
Глава 4. Горячая точка Х-пинча, ее структура и пространственные характеристики . 86
4.1. Результаты, полученные с помощью камер-обскур. 86
4.2. Результаты, полученные с помощью щелевой камеры со ступенчатым ослабителем (ЩСО). 96
4.3. Результаты, полученные с помощью пропускающих решеток. 103
4.4. Результаты, полученные с помощью Брэгг-Френелевской линзы (БФЛ). 106
4.5. Результаты, полученные с помощью преломляющей капиллярно-пузырьковой рентгеновской линзы (ПКП). 108
4.6. Результаты, полученные с помощью рентгенографии. 112
4.7. Результаты, полученные из анализа изображений
с учетом волновых свойств рентгеновского излучения. 115
Глава 5. Временные характеристики рентгеновского излучения и динамика горячей точки Х-пинча. 122
5.1. Измерения временных характеристик рентгеновского излучения с помощью фотодиодов. 122
5.2. Измерения временных характеристик рентгеновского излучения с помощью стрик-камеры. 128
5.3. Пространственно-временные характеристики горячей точки. 140
Глава 6. Спектральные характеристики X пинча . 152
6.1. Времяинтегральные спектры Х-пинча. 153
6.1.1. Некоторые основные соотношения. 153
6.1.2. Экспериментальные результаты. 158
6.2. Временные характеристики спектров X пинча. 170
6.2.1. Постановка эксперимента. 170
6.2.2. Экспериментальные результаты. 173 Глава 7. Параметры плазмы в горячей точке. 188
7.1. Определение параметров плазмы по К-спектрам Ті. 189
7.2. Определение параметров плазмы по L-спектрам Мо. 195
7.3. Предельные параметры горячей точки. Моделирование. 200
Заключение 210
Литература 213
Приложения 235
- Генераторы сильноточных электрических разрядов, использованные в экспериментах.
- Методы получения рентгеновских изображений
- Обобщенный сценарий процессов в X пинче
- Результаты, полученные с помощью щелевой камеры со ступенчатым ослабителем (ЩСО).
Введение к работе
Быстрый Z-пинч как объект научного исследования привлек к себе пристальное внимание в начале 70-х годов. Это было связано с появлением в экспериментальной физике мощных наносекундньгх генераторов тока, предназначенных для получения сильноточных электронных пучков в простой диодной схеме с взрывоэмиссионным катодом [1].
Идея использования таких генераторов с нагрузкой диода в виде тонкого проводника привела к созданию нового класса источников плотной высокотемпературной плазмы (Под таким термином обычно имеется в виду плазма с температурой большей, по крайней мере, 100 эВ и имеющей плотность большую чем 1017-И018 см 3). Сам по себе взрыв проволочек исследовался и до этого, правда с другими целями [1,2,3]. Однако, параметры имеющихся в то время установок не позволяли достигнуть указанного выше состояния вещества. Действительно, для достижения равновесия между давлением магнитного поля тока и гидродинамическим давлением плазмы необходимо выполнение условия Беннета [4]:
12 = (8л/цо)НквТ0,
где I - ток пинча, N; - число ионов на единицу длины, кв- постоянная Больцмана, и То - температура плазмы.
При низких значениях начальной плотности плазмы, как это было на заре термоядерных исследований [5], это условие легко выполнялось и для микросекундных генераторов тока, однако возникновение и рост плазменных неустойчивостей не позволили использовать простую идею генерации горячей плазмы с помощью сжатия ее магнитным полем (Z-пинчи) для осуществления термоядерного синтеза.
Взрывающаяся проволочка создает первоначально очень плотную нагрузку и разлет вещества не может быть остановлен магнитным полем медленно нарастающего тока. Именно поэтому только наносекундные (t 1 мкс) генераторы с амплитудой тока большей 100 кА позволили создать условия для генерации высокотемпературной плазмы [6,7]. Название плазменного источника «взрывающаяся проволочка» при этом сохранилось, что создает иногда некоторую путаницу в понятиях. Довольно быстро появились нагрузки, состоящие из нескольких параллельных проволочек [8,9], что существенно улучшало согласование низкоимпедансных генераторов с нагрузкой и увеличивало эффективность передачи энергии в плазму [10,11,12]. Коэффициент преобразования энергии «от розетки» в коротковолновое излучение при этом возрастал. Многопроволочная схема по своей идее близка к схемам создания нагрузки сильноточного диода при импульсном напуске газа [13,14], или при заполнении диода лазерной плазмой непосредственно перед электрическим разрядом [15, 16]. Вместе с тем, как показали последние исследования, имеются весьма существенные, даже кардинальные, различия между многопроволочными сборками и «непроволочными» методами создания нагрузок сильноточных диодов [17,18]. Необходимо отметить еще один интересный способ создания высокотемпературной плазмы в наносекундном разряде, а именно, в разряде через диэлектрический канал или капилляр [19], на основе которого удалось разработать малогабаритные источники ВУФ излучения, в том числе когерентного [20]. Следует также упомянуть два важных примера Z-пинчей, длительность электрического разряда в которых лежит в микросекундном диапазоне, и в которых, тем не менее, достигнуты высокие плазменные параметры (киловольтные температуры и плотности превышающие 10 см 3). Имеются в виду плазменного фокус, исследования которого активно ведутся по настоящее время [21,22], и вакуумную искру [23,24,25], в которых было обнаружено интересное и важное плазменное явление, именуемое «горячей точкой». Образование «горячей точки», несмотря на микросекундный разряд, связано с наносекундными процессами в плазме. Именно «горячей точке» и механизмам ее порождающим будет уделено существенное внимание в настоящей работе.
Резкий всплеск интереса к быстрым пинчам, наблюдаемый в последние 5 лет, в том числе возрождение интереса к взрыву одиночных проволочек, связан с грандиозными успехами экспериментов по сжатию сверхмощным импульсом тока цилиндрической нагрузки, состоящей из нескольких сотен тонких проводников [26,27]. В лаборатории Сандия (Sandia National Laboratories, Albuquerque, США) на установке Z (20 MA, 100 не) удалось получить импульсы рентгеновского излучения с рекордными параметрами (энергия излучения в диапазоне длин волн короче 12 А более 400 кДж, мощность излучения до 200 ТВт) с высокой эффективностью преобразования энергии электрического разряда.
В свою очередь возродился интерес к исследованиям взрыва одиночных проводников, в том числе при сравнительно небольших токах разряда (до 10 кА) в наносекундном диапазоне времени [28,29,30]. Связано это, прежде всего, с необходимостью получения достоверной информации о начальной стадии взрыва проволочек в многопроволочных нагрузках, начиная с «холодного старта», т.е. с момента начала прохождения тока через проволочку.
Настоящая работа посвящена исследованиям Х-пинча [31], являющегося разновидностью Z-пинча, но разновидностью настолько своеобразной, что он вполне заслуженно имеет собственное название, признанное в научном сообществе. Х-пинч представляет собой новое направление научных исследований, тесно связанных с другими исследованиями Z-пинчей, в том числе с исследованиями многопроволочных нагрузок, упомянутых выше. В работе изложены результаты многолетних экспериментальных исследований Х-пинча, проведенные автором и его ближайшими коллегами под его руководством, начиная с момента предложения данной конфигурации нагрузки, и по настоящее время. Авторы других работ по Х-пинчу, а такие исследования сейчас ведутся в нескольких лабораториях мира, в значительной степени следовали нашим результатам, дополняя и уточняя последние. Поэтому, написание специальной обзорной главы не имело смысла, и результаты других авторов будут упомянуты по мере необходимости. Хорошие обзоры по исследованиям наносекундных Z-пинчей даны в работах [32,33,34]. Краткий обзор экспериментов по Х-пинчам, включая самые последние работы, сделан в статье [35], подготовленной к печати. Из этого обзора взята таблица, в которой перечислены установки, на которых велись и ведутся в настоящее время исследования связанные с Х-пинчами.
Следует отметить, что на всех установках, на которых достигались высокие плазменные параметры, значения скорости нарастания тока на фронте импульса превышает величину 1 кА/нс. Это правило было установлено Т.А.Шелковенко на основе всех имеющихся в настоящее время экспериментальных данных.
Экспериментальные работы по быстрым Z-пинчам начались в Лаборатории Проблем Новых Ускорителей (ЛПНУ) Физического Института им. П.Н.Лебедева АН СССР в 1979 году, после перехода в нее из Отделения Квантовой Радиофизики ФИАН автора, где он занимался исследованиями рентгеновских спектров многозарядных ионов лазерной плазмы и защитил в данной области кандидатскую диссертацию [59]. В это время в ЛПНУ имелся низкоомиый электронный ускоритель «Дон» (300 кВ, 150 кА, 80 не), параметры которого вообще говоря были далеки от установки Gamble-2 (1MB, IMA, фронт 100нс) [6,60], на которой к этому моменту была продемонстрирована возможность получения горячей плазмы при наносекундном взрыве металлических проводников и были зарегистрированы рентгеновские спектры многозарядньх ионов вплоть до Аи+52 [60]. Представлялось заманчивым попробовать получить аналогичные результаты при существенно более скромном уровне генератора, сохранив, однако, удельные параметры эксперимента. При поддержке руководства лаборатории (зав. лабораторией А.А.Коломенский и рук. группы С.М.Захарова) эксперименты по взрывающимся проволочкам на ускорителе «Дон» были поставлены,
Опыт в исследованиях спектров многозарядных ионов, приобретенный за время работы в КРФ позволил достаточно быстро продемонстрировать возможность использования установок класса «Дон» для создания горячей плазмы взрывающихся проволочек [7, 61], и эксперименты по быстрым Z-пинчам стали неотъемлемой частью работ лаборатории. Практически одновременно аналогичные работы начались в Институте Сильноточной Электроники СО АН СССР [62], а несколько позднее в Институте Атомной Энергии им Курчатова [63].
Все эксперименты по взрывающимся проволочкам велись в это время либо с одиночными проволочками из различных материалов, либо с нагрузками из небольшого числа параллельных проволочек, расположенных по образующей цилиндра в диодном промежутке. Процессы в диоде в этих двух случаях оказались совершенно не похожими друг на друга. Разница между одиночной проволочкой и многопроволочной нагрузкой определяется не только разными условиями согласования генератора тока с нагрузкой, как казалось вначале, но и абсолютно разной динамикой всего процесса в диоде, что стало ясно значительно позже.
В 1979 году в ЛПНУ находился с визитом в рамках межакадемического сотрудничества и научного обмена в области генерации электронных пучков сотрудник Института Физики Плазмы Чехословацкой Академии Наук И.Улшмит. Во время этого визита, в ходе обсуждений экспериментов по взрывающимся проволочкам на установке «Дон» и различных путей улучшения согласования генератора с нагрузкой была предложена нецилиндрическая конфигурация нагрузки, наиболее простым способом реализации которой показалось простое перекрещивание проводников в диоде.
Именно этой конфигурации авторами было дано очевидное название Х-пинч [31]. Конфигурация перекрещенных проволочек в качестве нагрузки была немедленно проверена в эксперименте. Уже в первых опытах Х-пинч показал ряд преимуществ перед одиночными и цилиндрическими многопроволочными нагрузками. Наиболее очевидным преимуществом X-пинча является жесткая привязка области образования горячей плазмы к перекрестию проволочек. Исследование всего комплекса особенностей Х-пинча является одним из основных предметов настоящей работы.
На установке «Дон» были выполнены эксперименты по быстрому Z-пинчу и с другими типами нагрузок в сильноточном диоде. В частности была реализована оригинальная схема линчевания плазмы, создаваемой в диоде излучением мощного лазера [15,16]., а также впервые осуществлена схема сильноточного разряда через диэлектрический капилляр [19], в которых также наблюдалась генерация высокотемпературной плазмы. Последняя схема сейчас широко исследуется в связи с проблемой создания лазеров ВУФ диапазона [20].
Тем не менее, именно Х-пинч показался наиболее интересным объектом исследований, что и подтвердил дальнейший ход событий. Результаты работ по взрывающимся проволочкам [64-66], а также данные первых экспериментов с Х-пинчами, выполненных на установке «Дон» приведены в кандидатской диссертации А.И.Самохина [67] (научные руководители А.А.Коломенский и С.М.Захаров).
Для проведения экспериментов по быстрому Z-пинчу и, главным образом, для исследований Х-пинча в лаборатории ПНУ была образована экспериментальная группа под руководством автора настоящей работы. Была также спроектирована (главный автор проекта Б.НЛблоков) специализированная установка БИН (Быстрый Импульсный Накопитель) с параметрами, обеспечивающими лучшее согласование с плазменной нагрузкой, и предназначенная для работы в токовом режиме, т.е. режиме близком к короткому замыканию. Для этого она была сделана с возможно низким импедансом формирующей линии (Z = 1 Ом) и вакуумной камерой, позволяющей вести специфические плазменные эксперименты. В ходе работ установка подверглась ряду серьёзных модификаций, что существенно повысило надежность ее работы.
Результаты экспериментов на установках Дон и БИН позволили установить значительное число основных закономерностей Х-пинча, исследовать его макроскопическую структуру, измерить ряд его физических параметров. Результаты работ на установке БИН [36,37,68-84] легли в основу кандидатской диссертации В.М.Романовой [85] (Научный руководитель С.А.Пикуз). Можно также упомянуть ряд работ выполненных совместно с Институтом Физики Плазмы и Лазерного Микросинтеза (Варшава, Польша) [87-88] и совместно Ecole Polytechnique (Палезо, Франция) [89,90], результаты которых были также полезны для понимания физики Z-пинчей.
Независимо от наших работ, несколько позже, к концепции Х-пинча пришли сотрудники Лаборатории Плазменных Исследований в Корнельском Университете в США под руководством Д.А.Хаммера (D.A.Hammer) [39,91-93]. Результаты исследований пересекались во многих аспектах, поэтому образование коллаборации по исследованию X-пинча было вполне естественным.
Здесь следует учесть особенности системы образования и системы научных исследований в университетах США. Обычно, работа по некоторой теме, которая может быть достаточно самостоятельной и замкнутой, ведется аспирантом в пределах возможностей финансирования по гранту, полученному лабораторией для выполнения данной работы. При условии получения результатов, удовлетворяющих соответствующим требованиям (которые, как правило, ниже требований, принятых в нашей стране для кандидатских диссертаций) защищается диссертация доктора философии (PhD) , и работа считается завершенной.
Дальнейшая судьба исследований, включая даже физическое существование экспериментальных установок, целиком и полностью зависит от активности руководства лаборатории. Именно такая ситуация сложилась и в Корнельском университете. Начало нашего сотрудничества почти совпало с завершением диссертационной работы Д.Калантара (D.Kalantar), которую он с успехом защитил в 1993 году [94]. В результате в лаборатории осталась действующая установка ХР с неплохим комплексом измерительной аппаратуры и множество интересных нерешенных физических задач. Тогда Д.А.Хаммер обратился к нам с предложением о проведении экспериментов на установке ХР, в пределах тех весьма ограниченных финансовых возможностей, которыми он тогда обладал. Предполагались краткосрочные визиты наших сотрудников в Корнельский университет и их работа на установке ХР. Учитывая известное положение с финансированием науки у нас в стране в 1990-х годах, мы дали на это согласие, имея также в виду возможность получения нового опыта работы на современной научной аппаратуре, в частности на аппаратуре с высоким временным разрешением.
Таким образом сложилась ситуация, когда программа работ на установке ХР в Корнельском университете практически полностью определялась нашим участием.
В дальнейшем, в связи с развитием работ по генерации рентгеновского излучения на установках Сатурн и Z в Национальной Лаборатории Сандия (SNL) США, возникла острая потребность в новых физических данных о наносекундном взрыве проволочек. Часть этой работы была передана Корнельскому Университету, с которым у SNL были давние научные связи. При этом большую роль сыграло наличие в Корнельском Университете работающей установки, которая могла быть использована для получения необходимых данных, и квалифицированных сотрудников, имеющих опыт работы на этой установке, т.е сотрудников ФИАН. В результате, в последние годы, под фактическим научным руководством автора настоящей работы, в Корнельском университете был выполнен большой цикл экспериментальных работ, как по физике взрывающихся проволочек, так и по физике Х-пинча с использованием высококлассного научного оборудования. Результаты этих исследований многократно докладывались на основных научных конференциях по соответствующей тематике и опубликованы в ведущих научных журналах, как результаты совместных работ ФИАН и Корнельского Университета [28,95-170]. Часть этих работ была, касающихся непосредственно Х-пинча была использована в настоящей диссертации.
Ряд экспериментов, связанных с исследованиями многопроволочных нагрузок, в том числе и с использованием Х-пинча как диагностического инструмента, был выполнен в Imperial College (Лондон, Англия) на установке MAGPIE [56,171-178].
В последнее время, несмотря на очень ограниченные финансовые возможности, удалось восстановить практически в полном объеме исследования в ЛПНУ ФИАН [30, 167,179-185].
Общая характеристика работы.
Диссертация посвящена исследованиям Х-пинча, представляющего настолько своеобразную разновидность Z-пинча, что он вполне заслуженно имеет собственное название, признанное и применяемое международным научным сообществом. Х-пинч как новое направление научных исследований тесно связан с исследованиями быстрых Z-пинчей, в том числе, и Z-пинчей, основанных на многопроволочных сборках. Свое название Х-пинч получил в 1982 г., когда в ходе обсуждений экспериментов по взрывающимся проволочкам и различных путей улучшения согласования генератора с нагрузкой была предложена нецилиндрическая конфигурация нагрузки. Простейшая геометрически и легко реализуемая на практике конфигурация нагрузки представляет собой две проволочки, перекрещенные в виде буквы X внутри диода - оконечного устройства мощного наносекундного генератора тока. Конфигурация перекрещенных проволочек в качестве нагрузки была немедленно проверена в эксперименте. Уже в первых опытах Х-пинч показал ряд преимуществ перед одиночными и цилиндрическими многопроволочными нагрузками, наиболее явным из которых оказалась жесткая привязка области образования горячей плазмы к перекрестию проволочек. В диссертации изложены результаты многолетних экспериментальных исследований всего комплекса особенностей Х-пинча, проведенные автором и под его руководством, начиная с момента предложения данной конфигурации нагрузки, и по настоящее время.
Актуальность проблемы. Интерес к высокотемпературной плазме, возникший в связи с проблемами управляемого термоядерного синтеза (УТС), в последние несколько десятилетий только возрастал, что было обусловлено не только фундаментальными проблемами астрофизики, физики экстремальных состояний вещества, но и возможностями создания на ее основе эффективных источников ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения с уникальными временными и яркостными характеристиками, а также электронных и ионных пучков для различных приложений. Подобные источники излучения необходимы как для невозмущающих методов исследования быстропротекающих физических процессов с высоким временным и пространственным разрешением, внутренней структуры биологических объектов, исследований взаимодействия мощных потоков излучения с веществом, так и для микро- и нанотехнологий.
Одним из наиболее простых способов получения высокотемпературной плазмы является сжатие вещества под действием магнитного поля протекающего через вещество тока (пинч-эффект), именно этот способ (а именно микросекундный Z-пинч) был использован в первых работах по УТС. Однако, непреодолимые трудности, связанные с развитием неустойчивостей, привели к тому, что интерес к Z-пинчам упал. Прогресс в развитии мощной импульсной наносекундной техники в 70-х годах прошлого столетия привел к новому всплеску исследований Z-пинчей. При этом существенно изменились концепции, заложенные в эти исследования. В одних экспериментах, например в экспериментах с взрывающимися проволочками, именно развитие неустойчивостей и формирование перетяжек стало основным фактором формирования плотной плазмы с киловольтными температурами, В других экспериментах, в частности, в экспериментах с цилиндрическими проволочными лайнерами, изначально предполагалось, что основную долю энергии, вложенной в нагрузку, составляет кинетическая энергия сжимающейся оболочки, а преобразование кинетической энергии в тепловую происходит при столкновении вещества на оси. В плазменных лайнерах достигнут на сегодня рекордный для лабораторных источников выход мягкого рентгеновского излучения (более 200 ТВт и 2 МДж). При этом оказалось, что процессы в лайнерах не могут рассматриваться как простое сжатие плазменной оболочки, а имеют очень сложный характер. Кроме того, выяснилось, что механизм генерации рентгеновского излучения, и особенно излучения в более жесткой части спектра (Е 1 кэВ), в значительной мере связано все же с развитием неустойчивостей и формированием локальных плотных высокотемпературных плазменных образований. Такие плазменные образования носят название горячих точек и наблюдались ранее в импульсных плазменных источниках, таких как низкоиндуктивная вакуумная искра, плазменный фокус, взрывающаяся проволочка. Горячие точки имеют стохастический характер, при этом процессы их формирования протекают в малой области пространства и в короткий промежуток времени, что сильно затрудняет их исследование. Именно поэтому, до проведения исследований, описываемых в настоящей работе, информация о динамике формирования и параметрах горячих точек была очень ограниченной или вообще отсутствовала. Не были известны ни реальные размеры, ни время существования, ни параметры плазмы горячей точки. Имеющиеся отрывочные данные, полученные, в основном на уровне оценок, не позволяли создать более ли менее адекватную модель процессов формирования горячей плазмы в Z-пинчах, но в то же время свидетельствовали о том, что параметры вещества в горячих точках экстремально высоки, а сами они имеют очень маленькие (микронного уровня) размеры и субнаносекундное время жизни.
В то же время, развитие работ по сжимающимся лайнерам потребовало создания новых экспериментальных методик для исследования процессов, протекающих в нагрузке при формировании плазмы и её нагреве. Методики должны были иметь очень высокое пространственное и временное разрешение и проникать в плотные области плазмы, недоступные для, например, хорошо известных методов лазерного зондирования. Эта задача могла быть решена путем использования в экспериментах рентгеновского зондирования исследуемых плазменных объектов, однако имеющиеся в наличии источники рентгеновского излучения не обладали необходимыми для этого параметрами. Кроме того, были совершенно недостаточно разработаны экспериментальные методы получения и регистрации изображений в мягком рентгеновском диапазоне.
Цель работы и задачи исследовании. Детальное исследование физических процессов формирования плотной горячей плазмы (горячей точки) в перетяжке Z-пинча и создание на этой основе источника мягкого рентгеновского излучения с необходимыми параметрами. Поставленная задача была решена путем создания новой типа быстрого (наносекундного) Z-пинча, названного Х-пинчем и его всестороннего исследования. Х-пинч представляет собой взрыв тонких проводников или нитей скрещенных в сильноточном наносекундном вакуумном диоде.
Научная новизна работы заключается в том что:
1. Предложен и реализован в экспериментах новый тип Z-пинча, названный Х-пинчем.
2. Детально исследованы процессы в Х-пинче, приводящие к формированию в нем плотной горячей плазмы с экстремальными параметрами.
3. Исследованы процессы образования горячих точек и измерены их предельные параметры, при этом получены результаты, которые потребовали пересмотра самого понятия горячей точки.
4. Разработаны и применены в экспериментах новые оптические и рентгеноспектральные приборы для исследований высокотемпературной плазмы.
5. Создан источник мягкого рентгеновского излучения с уникальными параметрами.
Научная и практическая значимость работы состоит в том, что:
Сформировано новое научное направление в исследованиях физики Z-пинчей и вещества в экстремальных состояниях. Термин Х-пинч стал общепризнанным в мировом научном сообществе, а сам Х-пинч исследуется и используется во многих лабораториях мира.
Полученные в проведенных исследованиях результаты привели к пересмотру или уточнению целого ряда представлений в физике взрывающихся проволочек, сжимающихся многопроволочных лайнеров и механизмов формирования плотной горячей плазмы в Z-пинчах.
Разработанные в работе научные приборы и экспериментальные методики используются в исследованиях высокотемпературной плазмы.
Разработаны физические основы источников мягкого рентгеновского излучения на основе Х-пинча для исследований в различных областях науки.
Полученные экспериментальные данные дали существенный толчок развитию теории Z-пинчей и методов их моделирования.
Личный вклад автора. Автору принадлежит идея Х-пинча (в равной степени с его соавторами первой публикации на эту тему), а также определяющая роль в реализации этой идеи. Все результаты, представленные в диссертации получены автором лично или с его определяющим участием.
На защиту выносятся следующие научные положения:
І.Х-пинч является новым плазменным объектом, обладающим рядом существенных отличий от других типов Z-пинчей.
2. В формировании Х-пинча важную роль играют начальные фазы взрыва проволочек, когда в результате с нагрева вещества и перехода его в гетерогенное состояние образуются плотные керны, являющиеся основным материалом, из которого под действием магнитного поля создается горячая плазма.
3. Перетяжка в Х-пинче, а, возможно и в любых z-пинчах, формируется не просто в результате развития сосисочной неустойчивости, а в результате сложного каскадного процесса, приводящего, в конечном счете, к образованию фрактально структурированной области плазмы и горячей точки с чрезвычайно малыми размерами и очень коротким временем жизни.
4. Параметры плазмы в Х-пинче достигают экстремальных состояний, а именно, электронных температур масштаба нескольких килоэлектронвольт и электронных плотностей, близких или даже превышающих плотность твёрдого тела, при этом плотность выделяемой энергии достигает 1022 Вт/см3.
5. Горячая точка имеет сложную пространственно-временную структуру и представляет собой меняющуюся во времени последовательность плазменных состояний с различными параметрами.
6. Рентгеновское излучение горячей точки имеет тепловой характер.
7. Х-пинч является уникальным источником мягкого рентгеновского излучения в диапазоне энергий квантов 3-5 кэВ с размерами излучающей области не превышающими одного микрона и длительностью импульса излучения меньше 5-Ю пс.
Достоверность и обоснованность результатов, полученных в диссертационной работе, основана на комплексном подходе к исследованиям, использовании большого количества различных перекрестных и взаимно дополняющих методов диагностики и большой статистике измерений, набранной на нескольких экспериментальных установках, а также сравнением экспериментальных данных с результатами численного моделирования. Часть результатов подтверждена в более поздних работах других экспериментальных групп.
Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались и обсуждались на Международных конференциях по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу (Звенигород, 2000 - 2005),
Международных конференциях по физике плазмы (IEEE - ICOPS, Сан Диего, США, 1998, Монтеррей, США, 1999, Новый Орлеан США, 2000, Лас Вегас, США, 2001, Альберта, Канада, 2002, Джеджу Айленд, Корея, 2003, Балтимор, США, 2004, Монтеррей, США, 2005, Трэверс Сити, США, 2006), Международных конференциях по плотным Z - пинчам (Сайта Барбара, США, 1989, Лондон, Великобритания, 1993, Ванкувер, Канада, 1997, Альбукерки, США, 2002, Оксфорд, Великобритания, 2005),
Международных симпозиумах Американского общества инженеров-оптиков (SPIE, Сан Диего, 1994,2001, 2003,2004),
Международных конференциях по мощным импульсным пучкам заряженных частиц (BEAMS, Новосибирск, СССР, 1988, Прага, Чехия, 1998, Санкт Петербург, Россия, 2004),
Ежегодных собраниях Отделения физики плазмы Американского Физического общества (APS-DPP, Денвер, США, 1996, Питтсбург, США, 1997, Новый Орлеан, США, 1998, Сиэтл, США, 1999, Квебек, Канада, 2000, Лонг Бич, США 2001, Орландо, США, 2002, Альбукерки, США 2003, Саванна, США, 2004, Филадельфия, США 2006),
Международных конференциях по диагностике высокотемпературной плазмы (HTPD, Монтеррей, США, 1998, Принстон, США, 2000, Тусон США, 2002, Мэдисон, США, 2002, Сан Диего, США, 2004, Вильямсбург, США, 2006),
Международных конференциях по экстремальным состояниям вещества (Эльбрус, Россия, 2004,2005),
Всероссийском семинаре по Z - пинчам (Москва, 2006),
Рабочих совещаниях по физике многопроволочных Z - пинчей (Таос, США, 2000, Абингдон, Великобритания 2002, Питлохи, Великобритания, 2004, Финикс, США, 2006).
Результаты исследований изложены в 63 статьях, в том числе в 32 статьях в периодических изданиях, рекомендованных ВАК в 2006 году для публикации результатов докторских диссертаций и 50 докладах на Международных и Российских симпозиумах и конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, семи глав, Заключения и Приложений. Объем диссертации составляет 239 стр., включая 179 рисунков, 20 таблиц и список литературы из 253 наименований.
Основные результаты диссертации опубликованы в работах [9,28,31,36,37,41-43,66,68-71,73,74,76-79,82-84,95,96,101,112,113,123,125,132,137,139,140,141,148,151,153,155,159,163, 164,168,169,189,207-211,214,216-219,222-224,227-230,247].
Генераторы сильноточных электрических разрядов, использованные в экспериментах.
Принципиальная схема нагрузки Х-пинча достаточно проста и в своем первоначальном виде представляет собой проволочки, перекрещенные в вакуумном диоде (Рис.16). При этом не только четко обозначается место будущей перетяжки, но и, как это стало сразу понятно, облегчаются условия для ее образования. Действительно, на оси Х-пинча вне перекрестия исходно отсутствует вещество, и магнитное поле равно нулю. Это позволяет веществу из перекрестия свободно перераспределяться вдоль оси разряда. Конфигурация Х-пинча может быть получена либо скручиванием до касания двух исходно натянутых параллельно проволочек, или размещением в диоде дух петель с катодной и анодной стороны диода (Рис. 1.2а,б). Естественным развитием двухпроволочного Х-пинча являются многопроволочные пинчи с количеством проволочек до 8 и более (Рис. 1.2в). При этом улучшается азимутальная симметрия пинча и повышаются его удельные параметры.
Более сложной является конфигурация из нескольких параллельных Х-пинчей, расположенных в диодном промежутке, причем пинчи могут быть как двухпроволочные так и многопроволочные (Рис.1.2г). Параллельные пинчи оказались чрезвычайно полезными как в исследованиях собственной динамики процессов в Х-пинче, так и для практических приложений, о чем будет сказано ниже. В экспериментах использовалась также схема X-пинча с шунтом (Рис.1.2д) и схема с расположением Х-пинча в обратном токопроводе (Рис. 1.2е). Обе эти схемы также будут подробнее рассмотрены ниже.
На разных этапах исследований использовались проволочки с диаметрами от 6 до 150 мкм из различных материалов (СНг, CD2, CF4, Mg, Al, Si02, Ті, Fe, Co, Ni, Нихром, Cu, Манганин, Хровангал, Конихром, Zr, Nb, Mo, Pd, Ag, Та, W, Pt, Au и некоторых других сплавов). Диодный промежуток варьировался от 5 до 20 мм, а угол между проволочками в перекрестии находился в диапазоне 45-90 градусов.
Импульс тока, протекающего через диод, имел амплитуду 100 - 500 кА и длительность 80-150 не. Эксперименты проводились на разных установках, параметры которых будут приведены ниже.
Генераторы, использовавшиеся в экспериментах, представленных в настоящей работе, работали по стандартной схеме последовательного обострения тока: генератор Маркса -промежуточный конденсатор - коммутатор - коаксиальная формирующая линия - выходной разрядник - выходной изолятор - вакуумный диод. В настоящее время существуют и являются действующими установки БИН (ФИАН) и ХР (Корнельский университет), на которых получена основная масса обсуждаемых в настоящей работе результатов и исследования на которых продолжаются. На Рис.[.За детально изображена схема установки БИН. Другие установки несколько отличались по конструкциям отдельных элементов (см Таблицу 1. і и Рис. 1.4а) и имели параметры, приведенные в Таблице 1.2.Установки оснащались комплексам диагностик, значительная часть которых была разработана в ходе проведения экспериментов. Комплексы постоянно развивались и усложнялись и совершенствовались, следуя финансовым и техническим возможностям. Далее в основном будут обсуждаться наиболее совершенные современные версии приборов, с помощью которых получены приведенные результаты. Ряд приборов, а это касается главным образом приборов рентгеновского диапазона, использовались на разных установках.
На установках имелась возможность контролировались электрические параметры всех их элементов. Непосредственно в экспериментах регистрировались, как правило, лишь основные сигналы: Расположение датчиков на установке БИН показано на Рис. 1.2 Напряжения на промежуточном конденсаторе и формирующей линии измерялись емкостными датчиками с широкой полосой пропускания. Резистивно-емкостные датчики, электроды которых были помещены в жидкостных разделительных элементах, расположенных между промежуточным конденсатором и формирующей линией и между секцией выходного разрядника и выходным изолятором, использовались не только для измерения напряжений, но и для получения высоковольтных синхронизирующих сигналов с амплитудой до 20 кВ для запуска разрядников в измерительной аппаратуре. Токи измерялись низкоомными шунтами, составленными из параллельно включенных малоиндуктивных резисторов ТВО-0.5Вт-Юм и интегрирующих поясов Роговского, размещенных в непосредственной близости к диоду. Электрические сигналы регистрировались осциллографами 6ЛОР-04 и ИПИМ-1. Аналогичная система датчиков имелась и на установке ХР, электрические сигналы записывались с помощью цифровых запоминающих осциллографов (а также TDS644 и TDS684) и сохранялись жестком диске компьютера, что существенно облегчало анализ полученных данных. Характерные осциллограммы сигналов установки ХП приведены на Рис.1.46. В настоящее время на установке БИН также используются цифровые осциллографы Tektronix TDS2054 и Tektronix TDS3054, соответствующие сигналы показаны на Рис. 1.36.
Исследования Х-пинчей в оптическом диапазоне проводились с помощью лазерного зондирования и кадрового фотографирования в собственном излучении. На установке Дон использовался рубиновый лазер, на установках БИН и ХП лазеры на гранате с преобразованием излучения во вторую гармонику. Основной проблемой, в силу разных временных масштабов процессов в лазере и генераторе тока, была максимально жесткая привязка лазерного импульса к исследуемым процессам в Х-пинче. Для синхронизации лазера была разработана схема, применяемая в настоящее время на всех установках. Основные элементы показаны на Рис.1.5., а пример ее практической реализации на установке Дон приведен на Рис. 1.6.
Методы получения рентгеновских изображений
Классические отражающие дифракционные решетки могут работать в рентгеновском и дальнем УФ диапазонах спектра только при скользящих углах падения излучения из-за очень малого отличия коэффициента преломления всех веществ от единицы. Увеличение коэффициента отражения возможно только при использовании многослойных диэлектрических покрытий, но только до длин волн в несколько десятков ангстрем. Поэтому вполне естественным стало использование решеток работающих «на прохождение», когда штрихи решетки свободно подвешены в пространстве на некой поддерживающей их структуре, а промежутки между ними свободны для прохождения излучения. Для получения достаточной угловой дисперсии dy/dk = Up период решетки р должен быть достаточно мал. Современные технологии позволяют изготавливать решетки с периодами порядка 1 мкм или даже меньше хотя они пока еще достаточно дороги. Такие решетки просты в работе и настройке. Эффективность пропускающих решеток легко рассчитывается, так она зависит только от соотношения периода к ширина штриха Др/р и не зависит от длины волны, поэтому они очень удобны для абсолютных энергетических измерений излучения плазмы. Однако это справедливо лишь до тех пор, пока штрихи решетки остаются непрозрачными для падающего излучения. Это условие хорошо выполняется только для жесткого ультрафиолета и излучения в длинноволновой части рентгеновского диапазона (к 10 - 15 А) если толщина решетки порядка её периода. Изготовление решеток с толщиной штрихов существенно превышающей её период представляет значительные технологические трудности, поэтому обычно толщина решеток составляет 0.2 - 1.0 мкм. Даже для самых тяжелых элементов штрихи с такой толщиной пропускать излучение с длинами волн короче примерно 10 А. Эффективности решетки начинает зависеть от длины волны падающего излучения, так как сказывается фазовый сдвиг при прохождении излучения через материал штрихов. С одной стороны это повышает эффективность решетки, но с другой стороны усложняет ее калибровку.
Длина волны (А) Рис.2.2. Спектральная эффективность золотой пропускающей решетки на свободном подвесе и на подложке из нитрида кремния толщиной 0.3 мкм.
В качестве примера на Рис.2.2 приведены кривые спектральной эффективности золотой пропускающей решетки с толщиной штрихов 0.5 мкм и Др/р = 0.5 в нулевом и первом порядках дифракции. Видно, что в интервале длин волн 6-8А эффективность решетки существенно повышается. Пропускающие решетки являются удобными приборами для качественных и количественных измерений излучения с длинами волн до 2-3 А, причем решетки, предназначенные исключительно для рентгена могут быть изготовлены на тонкой подложке, например, на мембране из нитрида кремния (см. Рис.2.2), что существенно упрощает технологию. 2.1.3. Спектрографы со скрещенной дисперсией.
Как уже упоминалось ранее, способность некоторых кристаллов, в частности слюды, f отражать излучение в нескольких порядках, усложняет анализ полученных результатов из-за необходимости так или иначе дифференцировать излучение с различными длинами волн одновременно регистрируемого детектором, особенно это существенно для узкополосных фокусирующих приборов. В том случае, когда необходимо исследовать наиболее коротковолновое излучение источника, длинноволновая часть спектра может быть легко отрезана фильтром из подходящего материала. В экспериментах с Z-пинчами, и в особенности с X пипчами, часто спектры многозарядпьх ионов наблюдаются на фоне сильного коротковолнового континуума, отфильтровать который невозможно. В этой ситуации полезными могут оказаться фокусирующие спектрографы со скрещенной дисперсией (ФССД), предложенные автором настоящей работы, и основанные на использовании комбинации кристаллического диспергирующего элемента и пропускающей дифракционной решетки 228, 230].
Обобщенный сценарий процессов в X пинче
Начальная стадия Х-пинча определяется двумя главными процессами. Первый связан с образованием и взаимодействием плотных проволочных кернов, второй определяет пути протекания разрядного тока через диод и связан с образованием плазменной короны. В определенном смысле, поведение Х-пинча на этой стадии разряда аналогично поведению многопроволочной нагрузки, составленной из параллельных проволочек, или даже одиночных проволочек. В первый десяток наносекунд после прихода на нагрузку импульса напряжения происходит омический нагрев вещества проволочек до состояния с высокой температурой и высоким сопротивлением, при этом ток через проволочки невелик относительно максимального тока установки, и составляет величину порядка нескольких сотен ампер.
Непосредственно в диоде Х-пинча измерения тока на таком уровне не проводились из-за труднопреодолимых экспериментальных трудностей, а именно необходимостью измерения в одной и той же цепи гораздо больших токов (сотни килоампер), характерных для самого пинча. Однако, нет никаких оснований полагать, что параметры разряда через X-пинч на начальной будут принципиально отличаться от параметров разряда, измеренных в специальных экспериментах со взрывающимися проволочками и многопроволочными нагрузками при существенно более низких максимальных значениях тока [28-30,120,121,130].
В некоторый момент времени происходит электрический пробой десорбированного в результате нагрева проволочек газа или испаренного материала проволочек, т.е. возникает плазменная корона. Ток через нагрузку резко возрастает, но при этом происходит шунтирование тока через проволочку, и выделение энергии в ней практически прекращается. Этот переход наблюдался в экспериментах с пинчем в обратном токопроводе как задержка тока через исследуемый Х-пинч относительно общего тока через диод. В этом случае для тока существовал обходной путь через стержни обратного тока, и фаза высокого сопротивления проявлялась в практическом отсутствии тока через пинч (см осциллограмму на Рис.3.14е).
Состояние керна после отключения от него тока существенно зависит от того, как много энергии было выделено в проволочке по отношению к характерным для вещества проволочки энергиям плавления и испарения. В большинстве случаев эта энергия больше энергии плавления, но меньше энергии испарения [130,181-185], и керн представляет собой многофазную гетерогенную, а возможно, и пенообразную структуру [28,101,145]. Структура возникает очень быстро после переключения тока, и является весьма устойчивой. Керны в большей своей части существуют продолжительное время, почти в течение всего импульса тока. Переходный процесс от проволочки к пенообразному керну, а также процесс переключения тока до конца ещё не исследованы, но фаза, в которой наблюдаются керны. существует у всех Х-пинчей. Под воздействием излучения короны происходит дальнейшее испарение поверхностей кернов, снос испаренного вещества к оси пинча, и формирование структур, названных ранее змейками.
В перекрестии Х-пинча керны не остаются стабильными, а происходит их объединение в единое квазицилиндрическое образование. Процессу объединения способствует пинчевание плазмы, окружающей перекрестие. На Рис.3.17 представлены изображения Х-пинча из золотых проволочек, помещенного в обратный токопровод. Ток через пинч в момент зондирования был невелик (порядка 90 кА). что позволяет соотносить наблюдаемую стадию с ранней стадией процесса, который бы имел место при большем токе и меньшем времени. Обращает на себя внимание мелкомасштабная пенообразная структура кернов, наблюдаемая в жестком излучении, для которого керны частично прозрачны (РисЗ.П.в). Как будет показано далее, начальная фаза является чрезвычайно важной для последующих процессов в Х-пинче.
Дальнейшие процессы в Х-пинче, связанные с образованием и развитием перетяжки, нагревом плазмы и генерацией рентгеновского излучения, происходят в районе перекрестия с размерами порядка 1-2 мм, что составляет немногим более 10% от обычно используемого катод-анодного промежутка. Остальная часть Х-пинча служит главным образом то ко про во дам и, по которым энергия поступает от генератора. Именно эта область пинча исследовалась детально с помощью рентгеновской радиографии.
Рентгенограммы 2 х 25 мкм Мо Х-пинчей в фазе формирования перетяжки. Значительную часть времени разряда (около 30-50%) в перекрестии Х-пинча формируется перетяжка, по виду весьма похожая своим контуром на классическую перетяжку, которая всегда изучалась в физике пинча. Перетяжка видна на радиограммах как особенность на плазменном столбе, медленно развивающаяся в каверну тороидальной формы (Рис.3.18). Она выглядит примерно так же. как при её" наблюдении в видимом свете или при лазерном зондировании (Рис.3.19). слоев. Таких слоев, по крайней мере, два: внешняя плазменная оболочка, по которой, по-видимому, протекает основной ток разряда, и внутренний, значительно более плотный слой, состоящий из вещества кернов, объединенных на начальной стадии разряда. Есть также экспериментальные свидетельства существования, по крайней мере, в некоторых случаях, в центральной (осевой) области керна более плотного образования с диаметром менее 0.3-0.2 диаметра керна (см.Рис.3.20). Такой субкерн наблюдался у пинчей из материалов, обладающих высоким начальным электрическим сопротивление, в частности, из нихрома. Пока этот факт мы оставим в стороне от рассмотрения основных процессов в Х-пипче. t—2.0 не t—1.6 НС t—0.4 НС
На стадии формирования перетяжки, за счет радиального и осевого движения вещества, происходит своеобразная «подгонка» линейной массы перетяжки под параметры разряда, вплоть до достижения некоторой границы устойчивости. Ток в течение этого времени должен либо нарастать, либо оставаться близким к постоянному. Причиной существования длительного состояния квазиравновесия, (в данном случае равновесия между гидродинамическим и магнитным давлениями на границе перетяжки), является именно наличие инерционного плотного и холодного керна, обладающего высокой вязкостью и низкой теплопроводностью. Очевидно, что погонная масса керна может достигнуть некоего критического значения, когда равновесие становится невозможным и процесс формирования Х-пинча переходит в следующую стадию.
Если масса Х-пинча чрезмерно велика и критическое состояние не достигается до начала спада импульса тока, то область перекрестия заполняется расширяющимся веществом, и генерации рентгена не происходит. Такой случай представлен на Рис.3.21, когда его масса была слишком велика для протекающего через него тока (Х-пинч был помещен в обратный токопровод).
Результаты, полученные с помощью щелевой камеры со ступенчатым ослабителем (ЩСО).
Основным или даже скорее рутинным средством регистрации рентгеновского излучения Х-пинчей служили диоды с фотопроводимостью на основе искусственных алмазов (ФПД, в английской транскрипции PCD). Несомненными достоинствами этих диодов являются очень высокое временное разрешение, достигающее долей наносекунды и простая предсказуемая форма кривой спектральной чувствительности. Спектральная чувствительность практически полностью определяется поглощением излучения в кристалле алмаза и хорошо соответствует кривой поглощения углерода [243]. Чувствительность диодов не зависит от длины волны падающего на кристалл излучения до тех пор, пока кристалл полностью его поглощает. Реальные кристаллы имеют толщины 0.5-2 мм и начинают пропускать излучение только с энергией квантов более 5-8 кэВ (см. Приложение 4).
Серьезным недостатком алмазных ФПД является их сравнительно низкая чувствительность. Использовавшиеся нами диоды имели чувствительность в пределах 9x10"4 -5x10 А/Вт, что в условиях эксперимента обеспечивало уровень сигналов порядка одного вольта и требовало тщательной экранировки, так как уровень электромагнитных помех был очень высок. Кроме того, алмазные диоды нечувствительны к жесткому излучению с энергиями более 10-20 кэВ, что и хорошо и плохо, так как с одной стороны позволяет выделить именно сигналы мягкого излучения, но с другой стороны не позволяет одновременно исследовать жесткое излучение. Некоторые из использовавшихся диодов были абсолютно откалиброваны в Сандии, остальные калибровались в ходе экспериментов. Для регистрации более жесткого излучения использовались диоды других типов, в частности, кремниевые диоды типа AXUV-HS5 и AXUV-HS1. Диоды AXUV-HS5 имели большую чувствительность к излучению с энергиями выше 20 кэВ, но несколько худшее временное разрешение (порядка 0.7 не). К сожалению, данных об абсолютной спектральной чувствительности этих диодов нет, и они использовались только для временных измерений.
На установке БИН для измерений жесткого излучения использовался коммутатор из высоколегированного GaAs, вообще говоря разработанный для управления высоковольтными электрическими сигналами с помощью лазерного излучения. Коммутатор представляет собой кристалл GaAs размером 5x20x1 мм вмонтированный в коаксиальную линию. Оказалось, что это устройство обладает хорошей чувствительностью и к рентгеновскому излучению, в том числе к жесткому излучению с энергиями квантов более 30 кэВ.
Характерные сигналы с рентгеновских датчиков на установках БИН и ХР приведены на Рис.5.1. Сигналы регистрировались на установке ХР цифровыми осциллографом Tektronix TDS 684В (полоса пропускания 2.5 Ггц, скорость оцифровки 10 Гс/сек) и на установке БИН осциллографом Tektronix TDS 3480В (полоса пропускания 0.5 Ггц, скорость оцифровки 5 Гс/сек). В различных экспериментах временная структура рентгеновских сигналов могла быть существенно различной. Например, при выполнении определенных условий, наблюдались несколько достаточно интенсивных импульсов, отстоящих во времени друг от друга на несколько наносекунд. Вместе с тем, можно выделить некоторые характерные особенности сигналов, которые характеризуют физические процессы, происходящие при формировании Х-пинча:
В диапазоне энергий 1-5 кэВ (более мягкое излучение исследовалось мало) интенсивность излучения нарастала во времени очень быстро, и в тех случаях, когда формировалась одна горячая точка (что контролировалось обскурами, ЩСО-камерой, по изображениям рентгеновской радиографии), наблюдался одиночный импульс рентгеновского излучения.
Если наблюдались несколько горячих точек, то им соответствовали разделенные во времени рентгеновские импульсы, но только в том случае, если точки были достаточно удалены друг от друга в пространстве (более 30-50 мкм). Если расстояние между точками было меньше, соответствующие им импульсы не разрешались регистрирующей аппаратурой. Какой либо предымпульс в рентгеновском излучении с жесткостью более 1-1.5 кэВ отсутствовал. Длительность импульсов излучения в определенном заданном диапазоне энергий уменьшалась с ростом атомного номера материала проволочек Х-пинча. Длительность импульсов излучения в диапазоне энергий до примерно 10 кэВ уменьшалась с ростом энергии излучения, достигая предела разрешения регистрирующей аппаратуры. Наблюдалось некоторое затягивание заднего фронта рентгеновских импульсов в наиболее мягком участке регистрируемого спектра. С ростом энергии выше 10 кэВ наблюдалось запаздывание фронта рентгеновского сигнала относительно максимума мягкого рентгеновского излучения (1-Ю кэВ). Максимум жесткого рентгеновского излучения наблюдался через несколько наносекунд после максимума мягкого излучения. Интенсивность жесткого излучения возрастала с ростом атомного номера материала проволочек Х-пинча.
