Газодинамические явления и инверсная заселенность в плазме многозарядных ионов с неравновесным ионизационным составом

• Автор: Майоров, Сергей Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 91 c. : ил

Аннотация
В диссертации разработана численная методика и представлены результаты расчетов газодинамических параметров и излу-чательных характеристик неравновесной лазерной плазмы, содержащей многозарядные ионы. Кинетические процессы (определяющие ионный состав и заселенности ионных уровней) и газодинамические процессы (разлет плазменного сгустка, формирование ударной волны) рассматриваются самосогласованно. В частности, проанализирован эффект немонотонного свечения ионных линий вблизи фронта ударной волны в плазме.

ГЛАВА I. Явление переноса, кинетические процессы и излучение ионов в плазме
1. Уравнения переноса в плазме в двухтемпературном приближении
2. Неупругие процессы и заселенности ионных уровней
ГЛАВА 2. Структура стационарной ударной волны и заселенности ионных уровней
1. Качественная теория ударной волны в простой
плазме
2. Изменение параметров плазмы и заселенностей ионных уровней в переходной области
ГЛАВА 3. Формирование ударной волны и заселенностей ионных уровней при столкновении плазмы с препятствием
1. Расчеты гидродинамики неравновесной плазмы многозарядных ионов (обзор литературы)
2. Постановка задачи и метод решения
3. Предварительные оценки
4. Результаты расчетов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Литература

Начиная с 60-х годов в квантовой радиофизике в связи с проблемой создания лазеров коротковолнового диапазона активно обсуждается возможность усиления излучения на переходах многозарядных ионов. Проблема коротковолновых лазеров оказалась очень сложной и многоплановой. При ее анализе необходимо не только опираться на разумную схему инверсии заселенностей ионных уровней, но и детально прослеживать за формированием гидродинамических параметров плазмы, при которых возникает инверсная заселенность и достигаются большие значения коэффициентов усиления. В связи с вышеизложенным большую актуальность приобретают самосогласованные расчеты гидродинамических и кинетических параметров плазмы многозарядных ионов с неравновесным ионизационным составом. При этом наибольший интерес представляют исследования переохлажденной плазмы, поскольку в ней реализуются наиболее перспективные, рекомбинационные, схемы инверсии заселенностей /I/.
Среди широкого комплекса вопросов кинетики и гидродинамики переохлажденной плазмы основное внимание привлекают две группы задач: задачи, связанным с поведением параметров плазмы и заселенностей ионных уровней в переходной области ударной волны; задачи формирования зарядового состава и инверсной заселенности в плазме, образуемой внешним источником объемной ионизации. Актуальность первой группы задач обусловлена недавними экспериментами, проведенными во ВНИЩГРИ, в которых наблюдался немонотонный ход свечения ионных линий в ударной волне. Актуальность задач второй группы связана с возможностью поддержания квазистационарного неравновесного зарядового состава плазмы за счет объемной ионизации излучением внешнего высокотемпературного источника.

а также значительное внимание уделено математической постановке задачи и методу решения.
§ I. Расчеты гидродинамики неравновесной плазмы многозарядных ионов (обзор литературы)
Плотная плазма многозарядных ионов образуется при быстром, концентрированном вводе энергии в среду (лазерный пробой, возбуждение сильноточными электронными и ионными пучками, воздействие импульсного высокотемпературного излучения). При этом характерные времена ионизации и рекомбинации плазмы часто превышают время разлета плазменного сгустка. Поэтому большинство работ, в которых уравнения динамики плазмы рассматриваются совместно с уравнениями зарядового состава, посвящены разлету плазменного сгустка.
Эффект нарушения ионизационного равновесия (закалки степени ионизации) был рассмотрен еще в работе Н.М.Кузнецова и Ю.П.Райзе-ра /45/. В дальнейшем, вопрос о закалке зарядового состава исследовала в ряде работ /46-49/. Поскольку при быстром разлете плазмы переохлаждается, то заселение атомных и ионных уровней носит неравновесный, рекомбинационный характер, что радикально сказывается на характеристиках излучения. В частности, возникает инверсная заселенность уровней и, в соответствующих условиях, реализуется генерация излучения. Исследование этих вопросов развивалось в работах /50-58/, см. также книгу /14/ и обзоры /1,59/.
0 запуске лазеров, использующих разлетное охлаждение плазмы, сообщается в работах /60-64/.
Процессы формирования УВ в плазме ми огозарядных ионов с неравновесным зарядовым составом ранее не рассматривались. Однако, формирование фронта УВ описывается теми же уравнениями, что и разлет плазменного сгустка. Это уравнения двухтемпературной газовой динамики и уравнения баланса, определяющие распределение