Эмиссия частиц и излучения в микропинчевом разряде

• Автор: Долгов, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 232 с. : ил.

Глава 1. Обзор литературы. Постановка задачи
§1.1. Экспериментальные исследования явления микропинчевания
1.1.1. Методы диагностики
1.1.2. Параметры плазмы микропинчевого разряда
1.1.3. Процессы в плазме микропинчевого разряда
§ 1.2. Теоретические модели явления микропинчевания
1.2.1. Краткий обзор качественных моделей образования
«плазменной точки»
1.2.2. Модель радиационного сжатия плазмы пинчевого разряда
1.2.3. Механизмы обр азования ускоренных частиц
§ 1.3. Применение микропинчевых разрядов
§ 1.4. Постановка задачи
Глава 2. Структура излучающей в рентгеновском диапазоне спектра плазмы МПР
§2.1. Описание экспериментальных установок
2.1.1. НВИ с радиальной инициацией разряда
2.1.2. НВИ с аксиальной инициацией разряда
§ 2.2. Скейлинг по току структуры рентгеновских источников в плазме
сильноточного зет-пинча в среде тяжелых элементов
§ 2.3. Структура микропинча
§ 2.4. Измерение электронной температуры плазмы МПР
с пространственным разрешением по ослаблению потока
рентгеновского излучения в ядерной эмульсии
§ 2.5. Исследование структуры излучающей в рентгеновском диапазоне
плазмы МПР с помощью трековых детекторов
Результаты и выводы главы
Глава 3. Особенности спектрального состава коротковолнового излучения МПР
§3.1. Абсолютные измерения спектра мягкого рентгеновского излучения МПР
§ 3.2. Скейлинг по току спектральных характеристик тормозного излучения зет-пинча в среде тяжелых элементов в диапазоне энергий
квантов 2 кэВ < < 400 кэВ
§ 3.3, Скейлинг по току энергии коротковолнового излучения зет-пинча
в среде тяжелых элементов
3.3.1. Абсолютный выход лучистой энергии в диапазоне ВУФ и МРИ
3.3.2. Скейлинг по току
§ 3.4. Динамика спектра мягкого рентгеновского излучения МПР
§3.5. Поляриметрия линейчатого излучения многозарядных ионов МПР
Результаты и выводы главы
Глава 4. Параметры электронной эмиссии из плазмы МПР
§4.1. Прямая регистрация спектра электронной эмиссии
4.1.1. Конструкция анализатора электронов. Схема эксперимента
4.1.2. Интегральные по времени спектры быстрых электронов
§ 4.2. Исследование энергетического состава электронной эмиссии
из плазмы МПР с разрешением во времени
4.2.1. Методика эксперимента
4.2.2. Результаты эксперимента
§ 4.3. Динамика эмиссии электронов высоких энергий
§ 4.4. Обсуждение результатов исследования электронной эмиссии МПР
Результаты и выводы главы
Глава 5. Параметры ионной эмиссии из плазмы МПР
§5.1. Скейлинг по току спектра ионной эмиссии из плазмы зет-пинча
в среде тяжелых элементов
§5.2. Ионизационный состав ионной эмиссии МПР
§5.3. Особенности энергетического спектра корпускулярной эмиссии
из плазмы МПР
Результаты и выводы главы
Глава 6. Экспериментальные источники коротковолнового излучения на основе МПР
§6.1. Исследование лабораторных макетов источника излучения на базе НВИ
6.1.1. Физико-технические характеристики источника
6.1.2. Потоки вещества в НВИ в режиме МПР
6.1.3. Испытания лабораторного макета источника МРИ
для рентгенолитографии
§ 6.2. Источник на базе зет-пинча с инжекцией газа
Результаты и выводы главы
Заключение
Литература
Микропинчем называют плазменный объект, образующийся в прямых сильноточных импульсных разрядах типа зет-пинч, в которых эффективно реализуется режим сжатия плазмы магнитным полем разрядного тока, и отличающийся достижением рекордно высокой концентрации энергии. Явление микропинчевания явилось скорее результатом открытия нежели изобретения или теоретического предсказания [1,2].
Анализ экспериментальных результатов, полученных на различных установках при изучении физики микропинчевых разрядов, свидетельствует о том, что, несмотря на отсутствие полного совпадения всей совокупности наблюдаемых явлений, можно отметить ряд эффектов, характерных для микропинчевых разрядов. К их числу относятся: локальное пинче-вание плазмы вплоть до образования объекта - микропинча, отличающегося помимо чрезвычайно малых размеров рекордньми значениями плотности и температуры; значительный вынос вещества из области сжатия, сопровождающий процесс пинчевания; высокий уровень потока лучистой энергии из плазмы пинча; генерация надтепловых частиц; в качестве необходимого условия образования микропинча отмечается также высокое значение производной тока [2,4, 5, 6].
Актуальность исследования микропинчевого разряда обусловлена широким кругом научных и прикладных задач (от управляемого термоядерного синтеза до разработки селективных источников коротковолнового линейчатого излучения), для решения которых целесообразно использование высокотемпературной плотной плазмы [2, 5, 7+14].
История исследования микропинчевых разрядов (МИР) началась в 1968 году с обнаружения в плазме низкоиндуктивной вакуумной искры «плазменной точки» (ПТ) или «горячей точки» - области столба разряда с размерами < 50 мкм, интенсивно излучающей в рентгеновском диапазоне спектра линии ионов высокой кратности, существующей во времени
< 50 не. Измерения температуры и электронной плотности дали значения этих параметров в 20 21
интервале З-ьЗО кэВ и 10 -в 10 см соответственно [1, 15-4-26].
В обычно используемой для экспериментов низкоиндуктивной вакуумной искре с тригатронным поджигом поступление вещества в межэлектродный промежуток происходит на начальной стадии разряда при бомбардировке электронным пучком поверхности анода [3] и носит нестабильный характер вследствие флуктуаций условий поджига. Как следствие, ПТ имеет различное положение в пространстве и интенсивность в отдельных разрядах. Стремление улучшить стабильность устройства привело к использованию лазерного излучения, фокусируемого на поверхности анода для образования плазмы и инициирования разряда [20, 21,27]. В остальном все процессы протекают аналогично обычной вакуумной искре. Один из способов повышения стабильности разряда - использование в системе типа линейный 22.1.2. НВИ с аксиальной инициацией разряда
Разряд осуществляется внутри вакуумной камеры, откачиваемой до давления 10 5 Тор. Вакуумная камера устанавливается непосредственно на коаксиальных выводах высоковольтного низкоиндуктивного конденсатора. Такое решение позволяет добиться компактности системы и повышает удобства эксплуатации в качестве макетного источника коротковолнового излучения. Наружный корпус камеры, являющийся одновременно обратным тоководом, выполнен в виде цилиндра с внутренним диаметром 50 мм в районе разрядного промежутка с плавным переходом к диаметру 180 мм в районе крепления к конденсатору ИК-40-5. Полная высота камеры 200 мм. Анодный держатель имеет грушевидную форму и навинчивается на центральный вывод конденсатора с вакуумным уплотнением изолятора. Острийный анод диаметром 4 мм закрепляется в держателе так, чтобы межэлектродное расстояние составляло 5-ь7 мм (рис. 7).
Рис. 7. Конструкция разрядного устройства с аксиальной инициацией разряда: 1 - вакуумная камера; 2 - анод; 3 - катод; 4 - триггерный электрод; 5 - конденсаторная батарея триггерного устройства; 6 - управляемый разрядник; 7 - диагностическое окно; 8 - высоковольтный ввод цепи зарядки конденсатора в контуре основного разряда; 9 - разделительный изолятор; 10-конденсатор в контуре основного разряда