Оптическая и рентгеновская диагностика формирования лазеро-индуцированной плазмы в газах и вакууме

• Автор: Никитин, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Хемнитц
• Количество страниц: 104 с. : ил.

1. Обзор литературы

2. Методы

2.1. Шлирен метод

2.2. Абсорбционный метод

2.3 Интерферометрия

Исследование лазерно-индуцированной плазмы

3. Экспериментальное определение параметров лазеро-индуцированной

плазмы при абляции в воздухе и вакууме

4. Экспериментальное определение параметров лазеро-индуцированной

плазмы при самоканалировании в воздухе и вакууме

5. Диагностика рентгеновского излучения из лазеро-индуцированной плазмы

в вакууме
6. Многоволновая структура лазеро-индуцированной плазмы
7. Отрыв плазменных сгустков
Заключение
Список литературы

Лазер (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), несомненно, является одним из величайших изобретений в истории науки. Создателями первого Мазера (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) были: Ч. Таунс и независимо от него Н.Г. Басов совместно с А.М. Прохоровым в 1954 году. Эти учёные получили нобелевскую премию в 1964 году за "for fundamental work in the field of quantum electronics, which has led to the construction of oscillators and amplifiers based on the maser-laser principle". В дальнейшем, исследование лазеров стало новым витком в науке. Появились различные типы лазеров такие как: газовые лазеры, жидкостные и
твердотельные (на диэлектрических кристаллах, стеклах, полупроводниках). С помощью появившихся лазеров открылась возможность создавать и исследовать плазму - четвёртое состояние вещества.
В настоящее время ведётся активное исследование плазмы, в связи с тем, что плазма всё ещё не достаточно изучена. Кроме того, бесконечно растущая потребность человечества в энергии подстёгивает учёных более детально изучить образование и поведение плазмы полученной в результате различных процессов, к примеру, плазму, полученную в результате лазероиндуцированного разряда в различных средах, для создания альтернативных источников энергии. В этой области на плазму возлагаются большие надежды. Так же идея создания рентгеновского лазера во многом базируется на возможности плазмы испускать узконаправленное рентгеновское излучение [23].
В данной работе были поставлены цели:
1. Исследовать процессы формирования лазеро-индуцированной плазмы в различных средах, таких как воздух, вакуум, инертный газ - аргон.
2. Проследить динамику плазмы в различных средах при различных режимах работы лазера.

3. Оценить основные параметры плазмы, такие как: электронную плотность, плазменную частоту, электронную температуру и др.
4. Исследовать рентгеновское излучение из плазмы, оценить его мощность и направленность.
Для исследования процесса формирования лазеро-индуцированной плазмы, её динамики во времени, определения электронной плотности использовались абсорбционный и интерференционный методы, описанные в главах 2.2 и 2.3. Там же описаны применявшиеся для этого экспериментальные установки. Кроме того, в главе 2.1 описан шлирен метод диагностики, для того чтобы объяснить, что в принципе этот метод так же может применяться для диагностики плазмы, но в некоторых случаях его путают с абсорбционным методом из-за его большой схожести с ним.
В главе 3 рассмотрен процесс формирования плазмы в результате лазерного воздействия на металлическую мишень в различных средах, процесс абляции.
Одной из наиболее значимых глав будет являться
глава 4, в которой рассматриваются процессы самофокусировки и самоканалирования в плазме. Там же будет приведено теоретическое описанные этих процессов и исследована зависимость различных режимов работы лазера для формирования плазменных каналов в воздухе, аргоне, вакууме.
В пятой главе будет рассмотрена рентгеновская диагностика лазероиндуцированной плазмы в вакууме, динамика рентгеновского излучения из плазмы во времени, динамика электронной температуры во времени, а так же будет описано узконаправленное сильное рентгеновское излучение из лазероиндуцированной плазмы. Описана экспериментальная установка.
Глава номер 6 посвящена другому режиму работы лазера, в результате которого образуется многоволновая структура плазмы и приведены яркие отличия формирования плазменных каналов в плазме.
В седьмой главе приводятся результаты исследования динамики лазероиндуцированной в более поздние отрезки времени. Там же описаны процессы отрыва плазменных сгустков, оценена их средняя скорость и электронная

іарная во,
і:, 8.5Е+019 7.5Е+019 6.5Е+019 5.5Е+019 4.5Е+019 3.5Е+019 2.5Е+019 1.5Е+019 5Е+018
Рис. 4.5. а - абсорбционная фотография,
Ь - интерферометрия,
с - графики распределения плотности электронов в плазме. Время задержки -100/и. Мишень - Вольфрам. Атмосфера
Вакуум.
Как видно из абсорбционной фотографии, представленной на рисунке 4.6а, плазменные каналы формируются под углом. Величина этого угла колеблется от 21 до 25 градусов относительно поверхности мишени, и наиболее часто встречаются каналы расположенные под углом 23 градуса относительно поверхности мишени. Так же этот эффект был замечен в экспериментах