Рентгеновская диагностика плотной высокотемпературной плазмы в экспериментах по ЛТС

• Автор: Фасахов, Ильдар Касымович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Троицк
• Количество страниц: 203 с. : ил.

Оглавление.
Введение.
• Задачи ЛТС. Термоядерные реакции. Критерий рЯ
• Схемы ЛТС (прямое, непрямое облучение, «лазерный парник»), конструкции термоядерных мишеней
• Параметры лазера. Оптимальные длина волны и интенсивность греющего излучения
• Параметры лазерной плазмы
• Применение плоских мишеней для моделирования процессов, происходящих при сферическом облучении
• Рентгеновские методы исследования
• Краткое содержание диссертации
1. Анализ ситуации и постановка задачи исследования.
1.1. Краткие сведения о теоретических подходах к диагностике плотной высокотемпературной плазмы рентгеновскими методами
1.2. Ситуация к моменту постановки задачи исследования (критический обзор литературы)
1.3. Постановка задачи исследования
1.4. Положения, выносимые на защиту
1.5. Научная новизна и практическая значимость работы
1.6. Апробация работы
2. Разработка экспериментальных методов исследования.
2.1. Описание установки «Мишень» и рентгеновского диагностического комплекса
2.2. Измерения непрерывного рентгеновского излучения
• Калориметрические и абсолютные рентгеновские измерения
• Измерения спектра рентгеновского континуума
• Измерения с пространственным разрешением
• Измерения с временным разрешением
2.3. Измерения линейчатых спектров
2.4. Оптические измерения
• Измерения параметров греющего импульса
• Измерения рассеянного в аппертуру линзы лазерного излучения
• Измерения диаграммы рассеяния от плазмы лазерного излучения
• Многокадровое теневое фотографирование
• Регистрация с временным разрешением свечения тыльной поверхности мишени
3. Экспериментальные результаты и их обсуждение.
3.1. Взаимодействие мощного лазерного излучения с
малоплотными пористыми средами
3.2. Определение параметров плазмы
4. Расчеты для абсолютных и относительных измерений рентгеновского континуума; расчеты для измерения параметров плазмы по линейчатому РИ; математическое моделирование процессов регистрации РИ с помощью термопарных калориметров.
4.1. Методика и результаты расчетов ионизационного состава
плазмы
4.2. Расчет интегральных коэффициентов пропускания фильтров и построение расчетных кривых для определения температуры плазмы сорбционным методом
4.3. Детальный анализ источников погрешностей сорбционного
метода
4.4. Расчетные кривые для определения параметров плазмы по. линейчатому излучению
4.5. Результаты численного моделирования выходных сигналов системы фильтр - термопарный калориметр
4.6. Восстановление по экспериментальным данным спектра рентгеновского континуума
4.7. Корректные способы восстановления функции распределения электронов по энергии по экспериментальным данным
5. Аппаратная и программная реализация.
5.1. Системы сбора данных
5.2. Калориметрические измерения
5.3. Измерения с временным разрешением
5.4. Спектрографы
5.5. Оптические измерения
Заключение
Литература,

Введение.
Задачи JITC. Термоядерные реакции. Критерий pR.
В силу быстрорастущего потребления человечеством энергоресурсов и в виду того факта, что ограниченность ресурсов традиционных видов топлива на Земле становится все более очевидной, интерес к атомной и термоядерной энергетике не вызывает удивления. Здесь мы не будем останавливаться на атомной энергетике, отметим лишь, что помимо того, что запасы топлива для АЭС, хоть и немалые, но все же конечные в обозримом будущем, отработанное топливо представляет собой долгоживущие радиоактивные изотопы, что приводит к серьезным экологическим проблемам. Решение же проблемы управляемого термоядерного синтеза (УТС) позволило бы получить чистый, безопасный и практически неисчерпаемый источник энергии. Работы по проблеме УТС начались еще до завершения создания термоядерного оружия в первую очередь в странах, обладающих ядерным оружием. В СССР правительственная программа в этой области была принята в 1951 г. Программу возглавил И.В. Курчатов, в ее реализации принимали участие такие видные ученые как
А.Д. Сахаров, И.Е. Тамм, JI.A. Арцимович, М.А. Леонтович.
Если учесть, что от создания первой атомной бомбы до появления первой АЭС прошло всего 9 лет, и, принимая во внимание очевидные успехи в области ядерного и термоядерного оружия, на начальной стадии исследований присутствовали оптимизм и уверенность в столь же быстром построении термоядерного реактора. Эта надежда не оправдалась, но желание получать энергию «из воды» (потенциальные запасы энергии дейтерия, содержащегося 1 л воды, в 300 раз больше, чем в 1 л бензина) стало важнейшим стимулом для решения проблемы УТС во всем мире.
Существует много типов экзотермических реакций синтеза (слияние легких ядер, примерно до железа, как правило, сопровождаются выделением энер-

где Л - кулоновский логарифм, те=9.1 -10'28 г - масса электрона, пе, гд - плотности электронов и ионов в см'3, ZCp - средний заряд иона (определяемый соотношением ZCpni=пe), температура измеряется в Кельвинах, е=4.8-10"10 - заряд электрона, к=1.38-10'16 эрг/К - постоянная Больцмана. В кулоновском логарифме в качестве Т нужно брать меньшую из температур Т; и Те. Подставляя значения констант и выражая температуру в электрон-вольтах, получим следующие оценки:
Ля4.53- Ю10-Те3/2-пе'1/2 (1.21)
уе1«2.91 • 10'б-п-г2ср-Те'3/2-1пЛ (1.22)
При параметрах плазмы, характерных для экспериментов по ЛТС частота электрон-ионных столкновений много меньше частоты электромагнитной волны со. Распространяясь в направлении градиента плотности, электромагнитная волна доходит до точки х0, где п=пкр и отражается. Из равенства, которое отражает определение критической плотности:
0й-Шр=(4тте2/т)1/2 (1.23)
нетрудно получить удобное для оценок соотношение п,ф~1021/А,2, где плотность выражена в см'3, а длина волны лазерного излучения - в мкм.
Поглощение излучения имеет место в областях плазменной короны с плотностями, меньшими пкр, как для падающей так и отраженной от критической поверхности волны. Отношение интенсивностей отраженной и падающей волн равно [44]:

— = ехр(-2 kclx) (1.24)

0)„ (х)г (х)
к=—П - =? ^-25)
СО) ^1 -СУ“ /су
здесь к - коэффициент поглощения (в см"1), а интегрирование производится от точки на профиле плотности, соответствующей критической поверхности в направлении навстречу падающему лазерному излучению. Задавая линейный