Исследование параметров ионной компоненты CO2-лазерной плазмы и эффективная генерация многозарядных ионов

• Автор: Макаров, Константин Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Троицк
• Количество страниц: 146 с. : ил.

Глава 1 Приборы и методики измерения параметров ионных потоков

лазерной плазмы

1 1 Коллектор заряда ,

1 2 Перезарядка ионов лазерной плазмы в остаточном газе

1 3 Электростатический энергоанализатор типа цилиндрического дефлектора (ЭЭЦД)

1 3 1 Используемые схемы ЭЭЦЦ

13 2 Компьютерное моделирование временной формы массспектрометрического пика

1 3 3 Влияние изотопной структуры пиков масс-спектра на результаты измерения энергетических спектров ионов лазерной плазмы

1 3 4 Временное разрешение пиков масс-спектра

1 3 5 Вычисление временной формы пиков масс-спектра ионов свинца

13 6 Об ошибках в идентификации зарядового состояния ионов лазерной плазмы по времяпролетным масс-спекграм
Глава 2 Экспериментальные лазерные установки
2 1 С02-лазер в режиме свободной генерации
2 2 Лазерная система ’’ТИР-1” (генераторно-усилительная лазерная схема)
Глава 3 Исследования ионной компоненты плазмы, созданной излучением СОг лазера длительностью (13-г80)нс при плотности мощности на мишени (3 Ю10 -г 9 1013) Вт/см2
3 1 Схема облучения мишени и времяпролетных измерений
3 2 Характеристики ионной компоненты плазмы различных элементов при острой
фокусировке излучения плотностью мощности q = 6 1011 — 9 1013 Вт/см2
3 2 1 Генерация ионов с помощью лазера в режиме свободной генерации
3 2 2 Высоковольтная экстракция ионов лазерной плазмы при облучении мишени лазером в режиме свободной генерации

3 2 3 Параметры многозарядных ионов тяжелых и легких элементов, генерируемых С02-лазерной плазмой при облучении мишени генераторноусилительной лазерной системой ТИР-1
3 3 Характеристики ионной компоненты плазмы при плотности мощности
q~3 1013 Вт/см2
3 4 Характеристики ионной компоненты плазмы свинцовой мишени при плотности
мощности q = (3 — 9) Ю10 Вт/см2
3 5 Зависимость характеристик ионов от параметров облучения мишени Эффективность лазерно-плазменного генератора высокозарядных ионов
3 6 Результаты численного моделирования нагрева и разлета плазмы, сравнение с
экспериментальными данными
Глава 4 Лазерно-плазменный генератор высокозарядных ионов на основе СС>2 лазера
Основные результаты и выводы
Литература

Из идеи лазерного термоядерного синтеза, связанной с возможностью создания условий протекания термоядерной реакции в области фокусировки лазерного излучения на твердотельной мишени, возникла новая область исследований - физика взаимодействия мощного лазерного импульса с веществом, а плазме, получаемой таким методом, дали название "лазерная плазма" [1] Это новое направление за последние сорок лет бурно прогрессировало на основе стремительного развития лазерной физики и техники Многолетние усилия по экспериментальному и теоретическому исследованию свойств и характеристик лазерной плазмы расширили область приложений лазерной плазмы, связанную первоначально с лазерным термоядерным синтезом (ЛТС) На данный момент лазерная плазма находит многочисленные применения в различных областях физики рентгено-спектральный анализ многозарядных ионов, физика высоких плотностей энергии и ударных волн, моделирование космофизических и высокотемпературных процессов, рентгеновская литография и т д
Объект исследования и актуальность темы
В последние десятилетия происходит интенсивное развитие и разработка источников многозарядных ионов Стимулом для их создания послужили потребности ускорителей тяжелых ионов Источник ионов является первым элементом ускорительного комплекса, который определяет конструктивные особенности, параметры, эффективность и возможности ускорителя Генерация сильноточных пучков высокозарядных ионов является одним из перспективных направлений исследований, находящих широкое применение в науке и технике В качестве примера применения таких пучков можно привести
- источник высокозарядных ионов тяжелых элементов в форинжекторах ускорителей частиц,
- источник кластерных ионов и молекул,
- источник пучков высокоионизованных атомов для измерения сечений взаимодействия в области атомной физики, необходимых в таких областях науки и техники как термоядерный синтез, физика ионосферы, астрофизика и собственно исследование самой лазерной плазмы,
- создание однородных пленок для формирования тонкой структуры многослойных рентге-

элемента больше по амплитуде пика иона элемента мишени (см рис 1 40, и0п+ > 6'д(ю+ при Д/г = 11 кэВ) При попытке идентификации зарядовых состояний ионов А12+ масс-спектра без учета суперпозиции (в данном случае с ионами примесей) возникает возможность ошибки, связанная с временным смещением положения максимума составного пика масс-спектра Приведенная выше ситуация с амплитудами пиков масс-спектра может возникать и из-за насыщения усиления детектора, усиливаемым сигналом, соответствующим иону с меньшим т/г
44 46 48 50 Рис. 1.41. Процентное содержа-ние изотопов для различных элементов [77]
I, МКС
Рис. 1.42. Изотопная структура масс-спектра Рис. 1.43. Изотопная структура пика масс спе-ионов кремния ктра иона свинца РЬ1+
Алюминиевая мишень выбрана в качестве примера суперпозиции, так как алюминий практически не имеет стабильных изотопов. Если элемент мишени представлен несколькими изотопами, то масс-спектроскопическая суперпозиция пиков, соответствующих изотопам элемента, имеет место для всех пиков масс-спектра данного элемента Рассмотрим влияние изотопного состава мишени на форму пика масс-спектра* Относительное процентное содержание изотопов
*В этом случае под пиком масс-спектра понимается система пиков изотопов элемента, соответствующая одному