Элементарные процессы в импульсных лазерных полях релятивистской интенсивности Михин, Евгений Александрович

Введение к работе

Актуальность работы

Экспериментально достигнутые релятивистские интенсивности лазерного

излучения ~10 -10 Вт/см [1] позволяют говорить о возможности инициирования различных ядерных реакций в лазерной плазме. Получаемые с помощью современных лазерных установок концентрации энергии сравнимы с концентрацией энергии при ядерном взрыве. Экспериментальные исследования показывают, что релятивистские электроны и пучки гамма-квантов, образуемые в лазерной плазме, эффективно стимулируют ядерные реакции, в том числе

238т т

деление U.

В связи с этим возникает необходимость теоретического исследования протекающих в лазерной плазме ядерных процессов и установления зависимости выхода продуктов ядерных реакций от параметров лазерного излучения. В данной работе на основе ряда упрощающих приближений развита методика расчета различных ядерных процессов, инициируемых электромагнитным излучением релятивистской интенсивности. Этим обусловлена актуальность данной работы. Работа выполнена в рамках тематического плана НИР Министерства образования и науки РФ, ГРНТИ: 67.09.55, 81.09.03.

Цель диссертационной работы

Целью настоящей работы является развитие последовательных и эффективных методов расчета неупругих процессов столкновения электронов с атомными ядрами в ультракоротких лазерных импульсах релятивистской интенсивности.

Научная новизна работы

В лазерных полях релятивистской интенсивности за время действия лазерного импульса образуется сильно неравновесная плазма с низкой ионной температурой и релятивистскими энергиями электронной компоненты. Одним из основных механизмов элементарных реакций с большими передаваемыми энергиями в этом случае являются реакции, вызванные столкновениями с мишенью электронов, ускоренных полем волны, т.е. электростимулированные реакции. Цель данных теоретических исследований состоит в развитии

методики расчетов взаимодействия ультракоротких лазерных импульсов

сверхвысокой интенсивности (10 10 Вт/см ) с кластерами и тонкими пленками нанометровых размеров.

Теоретический уровень результатов диссертации соответствует современному уровню исследований, а по ряду позиций опережает аналогичные зарубежные разработки в данной области физики.

Практическая значимость работы

Методика расчёта процессов, идущих в фемтосекундной лазерной плазме, может быть применена для количественных оценок величины высокоинтенсивных потоков:

1. ускоренных электронов,

2. рентгеновского и гамма-излучения,

3. нуклонов и других частиц, образующихся при облучении ультракороткими лазерными импульсами тонких мишеней.

Такие высокоинтенсивные потоки могут иметь большое практическое значение в технологиях синтеза, диагностики наноматериалов и наноустройств, а также высокоселективной противораковой терапии.

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:

3. 1. Методика и результаты расчётов спектра нелинейного томсоновского рассеяния.

   2. Результаты расчёта тормозных потерь при движении электрона в лазерных импульсах ультракороткой длительности.

   3. Теоретическое обоснование приближения мгновенного удара в задаче о неупругом столкновении электронов с ядрами в поле лазерной волны.

   4. Методика и результаты расчётов выхода ядерных реакций в приближении мгновенного удара и приближении эквивалентных фотонов.

   5. Энергетические спектры электронов, образующихся при ионизации многоэлектронных атомов лазерными импульсами релятивистской интенсивности.

   Апробация работы

   Основные результаты диссертации представлены и доложены на следующих конференциях:

   3. 4. 1. International Conference on Coherent and Nonlinear Optics (ICONO 2010), Kazan, Russia, August 23-26, 2010, ''Nonlinear Thomson scattering of the ultrashort laser pulses''.

         2. VII Международная научно-практическая конференция «Перспективные разработки науки и техники - 2011», 7-15 ноября 2011 г., г. Przemysl, Польша, ''Инициирование ядерных реакций в фемтосекундной лазерной плазме''.

         3. XVIII Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых учёных, 29 марта - 5 апреля 2012 г., г. Красноярск, ''Инициирование ядерных реакций в фемтосекундной лазерной плазме''.

         4. Всероссийская молодёжная конференция «Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение», 5 сентября - 10 сентября 2012 г., г. Долгопрудный, ''Элементарные процессы в импульсных лазерных полях сверхвысокой интенсивности на микромишенях''.

         Публикации

         Материалы диссертации опубликованы в 7 печатных работах, из них 4 статьи в рецензируемых журналах из списка ВАК [А1 - А4] и 3 публикации в сборниках трудов конференций [А5 - А7]. Личный вклад автора

         Автором лично проведены основные аналитические преобразования, численные расчёты и оценки, представленные в диссертации, а также проведено сравнение полученных в диссертационной работе результатов с экспериментальными данными и результатами других работ.

         Структура и объём диссертации

         Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и библиографии. Общий объём диссертации 126 страниц из них 115 страниц текста, включая 31 рисунок. Библиография включает 124 наименования на 11 страницах.

         Похожие диссертации на Элементарные процессы в импульсных лазерных полях релятивистской интенсивности

         Бета-процессы в интенсивном тепловом поле и модель процесса синтеза р-элементов в массивных звездахАль Хаяли Имад

         Бета-процессы в интенсивном тепловом поле и модель процесса синтеза p-элементов в массивных звездахАль Хаяли Имад Ахмед Хуссейн

         Кинетика необратимых процессов, индуцированных полем гравитационного излучения в органических кинетических системахТрондин, Александр Леонидович

         Влияние магнитных полей на элементарные процессы в конденсированной фазеКубарева, Ирина Сергеевна

         

         Спонтанные и индуцированные непертурбативные процессы во внешних поляхМонин Александр Константинович

         

         Псевдофинслероидные эффекты в процессах квантовой теории поляДворников Павел Владимирович

         

         Нейтринные процессы в сильном магнитном поле Кузнецов Александр Васильевич

         Нейтрин-лептонные процессы во внешнем магнитном полеГусейнов, Вели Аллахверди оглы

         Древесные сечения многочастичных процессов в моделях теории поляТроицкий, Сергей Вадимович

         

         Влияние магнитного поля на вероятности радиационных процессов в атомахЧернушкин Вячеслав Вячеславович