Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние годы были достигнуты значительные успехи в области генерации лазерного излучения высокой мощности. В настоящее время путем фокусировки- импульсов мощных лазерных установок можно получать в лабораторных условиях электромагнитное излучение с интенсивностью до І019 Вт/см2 и существует реальная перспектива повышения интенсивности в фемто-секундных системах до ~ 10" Вт/см2. Это открыло реальные возможности для экспериментального обнаружения и изучения ряда эффектов, происходящих в сильных электромагнитных полях, в том числе ранее предсказанных теорией. Среди них особо интересным, на наш взгляд, представляется эффект рождения электрон-позитрон-ных пар в плазыа при воздействии высокоинтенсивного электромагнитного излучения.
Для обнаружения и исследования данного эффект а, помимо совершенствования лабораторных источников сильных электромагнитных полей,на первый плен выдвинулась и проблема разработки и создания адекватных методов и аппаратуры для регистрации и спектрометрии заряженных частиц.
Условия экспериментов, проводимых с мощными лазерными системами, в совокупности значительно отличаются от условий экспериментов на ускорителях заряженных частиц и с радиоактивными источниками. В первую очередь, это обусловлено крайне низкой частотой повторения лгзерных имгг/льсов, высокой сжатостью процессов в пространстве и времени, исключительно сильными фоновыми излучениями и малым ожидаемым выходом процессов. Хс т в экспериментальной ядерной физике к настоящему моменту и существуют методы, позволяющие достаточно эффективно преодолеть каждуь из указанных вше трудностей, однако, соч-тение последних в
одном эксперименте делает задачу его осуществления чрезвычайно сложной.
Проведенный анализ требований, предъявляемых к регистрирующей алпара'іуре,' показал, что известные на сегодняшний день методы, применительно к данной задаче, по тем или иным причинам оказались непригодными. Для успешного проведения рассматриваемых экспериментов требуются принципиально новые подходы, которые позволили бы решить проблему регистрации и измерения энергии малого числа легких заряженных частиц - олектронов и позитронов в условиях интенсивного корпускулярного и рентгеновского фона, генерируемого лазерной плазмой.
Ив основании вышесказанного, становится понятной актуальность разработки методов и систем регистрации и спектрометрии заряженных частиц, сочетающих большую светосилу с высокой степенно защищенности от посторонних излучений источника.
Цель работы. Основная цель диссертации состоит в теоретическом и экспериментальном исследовании вопросов, связанных с разработкой и созданием нового класса вксскосветосильных и селективных методов и систем регистрации и спектрометрии легких заряженных частиц, основанных на их транспортировке в магнитном поле ковксиальной линии.
Защищаемые положения и их научная новизна.
1. Впервые предложен и теоретически обоснован метод регис
трации заряженных частиц на основе их транспортировки от изо
тропного источника к детектору в магнитном поле линейного тока,
позволяющий достигать значений светосилы, близких к предельной,
в широком диапазоне энергий частиц и при значительных расстояниях от источника до детектора.
2, Впервые разработана, создана и экспериментально иссле-
дована система регистрации электронов и позитронов, основанная на юс транспортировке в магнитном поле коаксиальной линии. Экспериментально показана возможность получения с помощьюустройства данного типа высокой светосилы более 50 от 4 5Ґ , в широкоы диапазоне энергий регистрируемых частиц 0,1-3 МэВ.
-
Предложена и реализована принципиально новая схема спектрометра заряженных частиц, основанная на измерении их времени пролета в магнитном поле полой коаксиачьной линии. Показана целесообразность и перспективность ее применения' для спектрометрии энергетичных электронов, испускаемых лазерной плазмой.
-
Впервые проведен теоретический расчет основных параметров систем регистрации а спектрометрии заряженных частиц, основанных на их транспортировке в магнитном поле коаксиальной линии.
Практическое значение работы. Проведенные исследования сделали возможной разработку нового класса' систем регистрации и спектрометрии заряженных частиц, основанных на их транспортировке в магнитном поло коаксиальной линии, которые сочетают большие значения светосилы (до 100 от 43Г ) в широком диапазоне энергий источника. Такие устройства помимо их применения в исследованиях по взаимодействии высокоштенсивного лазерного излучения с веществом, могут быть ислольэованы и в экспериментальной ядерной физике.
Разработанная и созданная система регистрации электронов и позигроиов со светосилой более 50$ от 47Х в диапазоне энергий . регистрируемых заряженных частиц от 100 кэВ до 3 МэВ, позволила приступить к экспериментальному исследованию эффекта рождения электрон-позитронных пар при воздействии высокоинтенсивного
лазерного излучения на плазму, ,
* " .'*'.
Разработан я создан времяпролвтный спектрометр элегграно»
для исследования электронной эмиссии-на лазерной плазмы, поэво- .
лягацей повысить светосилу на два порядка величины по сравнению. -
с ранее применяемыми магнитными спектрометрами и значительно
упростить процедуру сбора и обработки данных при проведении
экспериментов.
Апробация» Основные результати диссертации докладывались '. на семинарах отдела оптики лазеров Центрального конструкторского, боро уникального приборостроения АН СССР к отдела колебаний Института обшей физики АН СССР, Всесоюзной сколе-семинаре по физике тяжелых ионов (Ужгород, 1964), SPI;» Intsrantional Sy*-роеішз on Optical and Optoelectronic Applied Sciences and Engineering (Квебек, 1986), 18-й Европейской конференции по взаимодействию лвзерного излучения с веществом (Пра^а, 1987), 37-ы совещании "Ддерная спектроскопия и структура атомных ядер" (Ормала, 1987), всесоюзных совещаниях "Компьютерная оптика" (Сухуми, 1988), (Тольятти, 1990).
Цубликация. Результаты диссертационной работы опубликованы в статьях, описаниях авторских свидетельств и тезисах докладов. Общее число работ по теме диссертации, опубликованных автором, составляет 8 наименований.
Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Полный объем диссертации составляет 118 страниц, включая 39 рисунков, список литературы, насчитывающий 105 наименований и приложения на 3 страницах.
