Введение к работе
Актуальность темы. Лазерная плазма, то есть плазма, образованная при взаимодействии мощного лазерного излучения с веществом, находит все более широкое применение в качестве интенсивного источника многозарядных тяжелых ионов в различных областях науки и техники: ядерной физике, спектроскопии многозарядных ионов, физике ион-ионных столкновений, радиационном металловедении и ряде других приложений. Объясняется это возможностью получения из лазерной плазмы ионов любых элементов более высоких зарядностей и с более высокой интенсивностью по сравнению с другими известными источниками ионов, что позволяет расширить как возможности существующих ускорительных комплексов, так и круг задач, решаемых с помощью многозарядных ионов.
Основная проблема, возникающая при разработке лазерного источника ионов, - это выбор параметров лазера и режима облучения мишени (то есть длины волны излучения, энергии и длительности лазерного импульса, диаметра пятна фокусировки излучения), необходимых для получения требуемой кратности ионизации и интенсивности пучка многозарядных ионов на выходе источника. Поскольку разрыв квазинейтрального сгустка плазмы и формирование ионного пучка с заданными параметрами возможны на сравнительно больших расстояниях от мишени ( в большинстве случаев превышающие 1м), а состав плазмы может сильно изменяться под действием рекомбинационных процессов в ходе ее свободного разлета в вакуум, то для решения поставленной задачи требуется исследовать и стадию нагрева плазмы лазерным излучением и стадию ее разлета до разрывающих электродов.
4 Цель работы:
- провести теоретический анализ формирования зарядової
состава плазмы, создаваемой лазерным излучением, в процессе t
нагрева и последующего разлета в вакуум при различных длине
волн лазерного излучения и различных режимах нагрева мишени;
- создать численный код, позволяющий расСЧИТЫВаТЬ ПарамеТ
лазерной плазмы на различных расстояниях от мишени;
- высказать практические рекомендации для повышения кратное] ионизации и увеличения интенсивности многозарядных ионої получаемых из лазерной плазмы.
Научная новизна. В диссертации впервые проведе сравнительный анализ динаники зарядового состава плазмь образованной лазерным излучением с длиной волны 1,06 мкм 10, 6 мкм, на стадии ее нагрева и последующего разлета в ваку}
Показано, что подогрев электронной компоненты плазмы пр тройной рекомбинации через высоковозбужденные состояш оказывает сильное влияние на зарядовый состав разлетающейс лазерной плазмы на больших расстояниях от мишени. Предложен новое выражение для величины рекомбинационного подогрева проведен теоретический анализ пространственной зависимое! рекомбинационных потерь от начальной температуры, длины волнь длительности импульса и диаметра пятна фокусировки лазерног излучения.
Впервые проведено теоретическое исследование возможное! подавления тройной рекомбинации через возбужденные состояни путем столкновения двух плазменных сгустков.
Проведен теоретический анализ воздействия диафрагм помещаемых на пути разлета плазменного сгустка, на динамик рекомбинационных процессов в плазме.
Практическая ценность работы. Результатом исследований стало создание физической модели формирования зарядового состава лазерной плазмы, производимой длинноимпульсным излучением как неодимового, так и СО лазеров, в процессе ее нагрева и последующего разлета в вакуум, реализованное в численном коде "FLY". Это позволило изучить влияние параметров греющего излучения на зарядовый состав и температуру лазерной плазмы, высказать ряд рекомендаций для увеличения выхода высокозарядных ионов из лазерной плазмы, а также исследовать возможность подавления рекомбинации в ходе разлета плазмы при столкновении двух плазменных сгустков и выяснить влияние диафрагм, помещаемых на пути разлета плазмы, на ее зарядовый состав. Помино количественного расчета параметров лазерных источников ионов при использовании той либо иной лазерной установки, разработанный код позволяет с большей достоверностью интерпретировать результаты времяпролетной масс-спектрометрической диагностики плазмы, и результаты коллекторных измерений.
Положения, выносимые на защиту.
-
На защиту выносятся новые скейлинги для температуры плазмы, производимой неодимовым и СО лазерами в диапазоне плотностей потока излучения 109 - 10 Вт/см , свидетельствующие о том, что температура плазмы при одинаковой мощности и диаметре пятна фокусировки излучения в обоих случаях практически одинакова и определяется как плотностью потока, так и диаметром пятна фокусировки лазерного излучения.
-
Более высокая степень ионизации многозарядных тяжелых ионов в короне лазерной плазмы, производимой неодимовым
лазером, по сравнению со случаен использования СО лазера, объясняется интенсивным протеканием диэлектронной рекомбинации в плазме, производимой СО лазером, и сильным подавлением ее в неодимовой плазме.
-
Одним из основных факторов, определяющих величину рекомбинационных потерь и закон спадания температуры в дальней зоне разлета плазмы, является вид зависимости величины рекомбинационного подогрева при тройной рекомбинации от параметров плазмы. На защиту выносится новое выражение для величины рекомбинационного подогрева и законы спадания температуры и кратности ионизации в разлетающемся плазменном сгустке.
-
Длина волны, длительность импульса и размер пятна фокусировки лазерного излучения оказывают сильное воздействие на пространственную зависимость скорости тройной рекомбинации через высоковозбужденные состояния и величину рекомбинационных потерь при разлете плазмы в вакуум. Увеличение длительности импульса и длины волны излучения, а также уменьшение размера пятна фокусировки приводят к снижению скорости тройной рекомбинации и сдвигу положения максимума этой скорости на большие расстояния от мишени.
5. Подогрев плазмы в пересекающихся плазменных сгустках
является эффективным способом подавления тройной рекомбинации
и увеличения выхода высокозарядных ионов из лазерной плазмы.
6. Диафрагмы, помещаемые на пути разлета плазменного
сгустка, способны привести, при определенных условиях, к
снижению плотности потока низкозарядных ионов, что может быть
использовано для устранения перегрузки лазерного источника
ионов низкозарядными ионами.
7 Апробация работы. Основные результаты диссертации
докладывались на 4-ой Всесоюзной конференции "Взаимодействие электромагнитных излучений с плазмой" ( Ташкент, 1985) и I Всесоюзном сенинаре "Физика быстропротекающих плазменных процессов" ( Гродно, 1986).
Публикации. По результатам работы имеется 9 публикаций в открытой печати.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Материалы диссертации изложены на 161 странице, включая 33 рисунка, 6 таблиц и списка цитируемой литературы из 145 наименований.
