Инициирование перспективных ядерных реакций синтеза при взаимодействии интенсивных лазерных импульсов с твердотельными мишенями

• Автор: Матафонов, Анатолий Петрович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Долгопрудный
• Количество страниц: 247 с. : ил.

Содержание
Введение

Литература к введению

I. Лазерный комплекс для исследования атомных и ядерных процессов в лазерной плазме

1.1. Пикосекундная лазерная установка «Неодим» 10 ТВт мощности

1.2. Система диагностики параметров лазерного излучения

1.3. Система диагностики для регистрации атомных и ядерных процессов в лазерной плазме
1.4. Выводы

1.5. Литература к главе

II. Основные результаты экспериментальных исследований по взаимодействию интенсивных лазерных импульсов с твердотельными мишенями
2.1. Генерация- быстрых заряженных частиц при взаимодействии сверхкоротких интенсивных лазерных импульсов с твердотельными мишенями
2.1.1. Анализ механизмов генерации быстрых заряженных частиц при взаимодействии интенсивных лазерных импульсов
с твердотельными мишенями
2.1.2. Основные результаты экспериментальных исследований по генерации быстрых электронов и протонов при взаимодействии интенсивных лазерных импульсов с твердотельными мишенями
2.2. Эффективная температура и направленное движение быстрых ионов в лазерной пикосекундной плазме
2.3. Исследование плазменных сателлитов рентгеновских линий ионов в пикосекундной лазерной плазме
2.4. Выводы
2.5. Литература к главе II
III. Инициирование перспективных ядерных реакций синтеза в лазерной пикосекундной плазме
3.1. Описание экспериментов
3.2. Экспериментальные результаты
3.2.1. Реакция синтеза Т>{с1, н)3Не
3.2.2. Реакция синтеза 6Li(d, а)4Не
3.2.3. Реакция синтеза 3Не(<7, р)4Не
3.2.4. Реакция синтеза пВ(р, За)
3.2.5. Реакция синтеза 7Li(р, а)4Не
3.3. Результаты расчетов выхода перспективных ядерных реакций
3.3.1. Физическая модель
3.3.2. Реакция D(d, л)3Не
3.3.3. Реакция 6Li(d, а)4Не
3.3.4. Реакция 3Нe(d, р)4Не
3.3.5. Реакция иВ(/р, За)
3.3.6. Реакция 7Li(p, а)4Не
3.4. Выводы
3.5. Литература к главе III
IV. Оптимизация выхода перспективных ядерных реакций синтеза при взаимодействии интенсивных лазерных импульсов с твердотельными мишенями
4.1. Исследование влияния предымпульсов различной длительности на выход нейтронов при инициировании D(d, л)3Не реакции в лазерной пикосекундной плазме
4.2. Исследование влияния спектрального состава чирпированного импульса на выход нейтронов при инициировании D(d, «)3Не реакции в лазерной пикосекундной плазме
4.3. Исследование влияния плотности мишени на выход нейтронов при инициировании D(<7, и)3Не реакции в лазерной пикосекундной плазме
4.4. Оптимизация выхода перспективных ядерных реакций синтеза в сверхсильных электромагнитных полях ультракоротких лазерных импульсов
4.5. Выводы
4.6. Литература к главе IV
V. Заключение

Введение.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы
В последние годы прогресс в исследованиях физических свойств вещества под действием сверхинтенсивного электромагнитного излучения был непосредственно связан с созданием и развитием импульсных лазеров суб-пикосекундной длительности, основанных на принципе усиления чирпи-рованного импульса. Развитие нового поколения твердотельных лазеров привело к уникальным условиям облучения лазерных мишеней в диапазонах длительностей импульса 10 - 1000 фс, интенсивностей 1017 1021
Вт/см2, пиковых значений мощности 10 -М ООО ТВт. При этих условиях лазерное излучение достаточно эффективно трансформируется в потоки быстрых электронов и ионов, взаимодействие которых с веществом мишени приводит к генерации рентгеновского и жесткого гамма-излучения, различным ядерным и фотоядерным реакциям, чего нельзя было достичь при использовании импульсов нано- и субнаносекундной длительности с энергией в десятки джоулей. В результате формируемая фемто- и пикосекундная лазерная плазма является своеобразным “настольным” импульсным “микроускорителем” и “ядерным микрореактором”, отличающимся относительной компактностью, к которому не предъявляются специальные требования по радиационной безопасности. Такой источник допускает относительно простую возможность управления энергетическими и другими параметрами корпускулярного и электромагнитного излучений.
По результатам экспериментальных и теоретических исследований можно определить следующие диапазоны изменения параметров образующейся лазерной плазмы: температура электронов составляет -1 — 10 кэВ, температура быстрых электронов - 0.1 - 10 МэВ (с максимальной энергией свыше 100 МэВ), температура быстрых протонов и ионов - от нескольких сотен кэВ до нескольких МэВ (с максимальной энергией протонов до 60 МэВ и ионов свыше 400 МэВ), величина пондеромоторного

энергией 14.67 МэВ. Для. детектирования ионов - продуктов реакции (5) применялись трековые детекторы С11-39 с А1-фильтрами толщиной 11 и-1150 мкм. Трековые детекторы располагались перед мишенями на расстоянии 2.5 см под углами ±20° к нормали поверхности мишени.
В качестве основной мишени использовалась мишень 'ПГО3Не, которая представляет собой пластину из Т1 (толщиной 500 мкм), в которую на ускорителе (У= 300 кэВ) на глубину ~1 мкм были имплантированы ионы 3Не с образованием слоя толщиной около 0.25 мкм с максимальной концентрацией 3Не порядка 5 х 1022 см'3. После этого мишень Т13Не была электролитически прогидрирована ионами Б на глубину ~1 мкм. В качестве кон-
трольных мишеней использовались мишени (СВ2)П и Т13Не толщиной 400 и 500 мкм соответственно.
Для детектора с использованием основной мишени получен поток протонов - продуктов реакции (5) на уровне 2.1 х 103 в 4л за один выстрел. На распределении видно превышение над фоном в области 4.8 - 6.0 мкм, которое можно объяснить регистрацией протонов - продуктов реакции (5).
Для детектора с использованием основной мишени с А1-фильтром толщиной 11 мкм получен поток а-частиц - продуктов реакции (5) на уровне 3 х 103 в 4л за 1 выстрел. На распределении видно превышение над
фоном в области 10-11 мкм, которое можно объяснить регистрацией
а-частиц - продуктов реакции1 (5).
Таким образом, в данной серии измерений зарегистрированы продукты реакции (5) на уроне 2 х 103 - 3 х 103 в 4л за один выстрел.
Представлены результаты экспериментов по исследованию реакции синтеза иВ(р, За). Для реакции р + "В в первом поколении возможны две экзотермические реакции:
р + 1 ‘В -> 34Не + 8.68 МэВ, (7)
/7+мВ-> у+|2С +15.96МэВ, (8)