Управление свойствами плотной плазмы фемтосекундного лазерного импульса и инициирование низкоэнергетических ядерных процессов

• Автор: Савельев-Трофимов, Андрей Борисович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 292 с. : ил.

Введение и постановка задачи исследований

Литература к введению

Часть I. Аппаратно-программный комплекс для моделирования и

диагностики высокотемпературной плазмы фемтосекундного лазерного импульса

Глава 1. Взаимодействие фемтосекундного лазерного импульса с твердотельными мишенями: основные особенности и численное моделирование

§1.1. Взаимодействие фемтосекундных лазерных импульсов с плотной плазмой

1.1.1. Общая картина процессов, протекающих в плазме, формируемой

фемтосекундным лазерньш импульсом субрелятивистской интенсивности

1.1.2. Бесстолкновительное поглощение и генерация горячих электронов в плазме фемтосекундного лазерного штульса: основные закономерности и особенности

1.1.3. Ускорение электронов и ионов в плазме фемтосекундного лазерного штульса

§1.2. Численное моделирование плазмы фемтосекундного лазерного импульса при умеренных интенсивностях
1.2.1. Одномерная двухтемпературная гидродинамическая модель с нестационарной кинетикой ионизации и ограниченным тепловым потоком
1.2.2. Моделирование эволюции плазмы на наносекундном масштабе времен
Глава 2. Экспериментальная диагностика плазмы фемтосекундного
лазерного импульса
§2.1. Измерение электронного спектра плазмы фемтосекундного лазерного импульса
§2.2. Диагностика электронного компонента плазмы фемтосекундного лазерного импульса по измерению рентгеновского излучения плазмы
2.2.1. Исследование теплового электронного компонента плазмы
2.2.2. Исследование горячего электронного компонента плазмы
2.2.3. Оценка средней энергии горячего электронного компонента плазмы
§2.3. Диагностика ионного тока плазмы фемтосекундного лазерного
импульса

2.3.1. Роль горячих электронов в ускорении ионов плазмы
2.3.2. Исследование зарядового состава ионного тока плазмы
2.3.3. Формирование ионного тока плазмы при наличии примесного слоя на поверхности мишени
§2.5. Лазерные системы, использованные в экспериментах
§2.6. Система управления, контроля и автоматизации экспериментов по взаимодействию фемтосекундных лазерных импульсов с плазмой
Выводы к части I
Литература к части I
Часть II. Управленце свойствами и инициирование
низкоэнергетпческих ядерных процессов в плазме фемтосекундного лазерного импульса
Глава 3. Модификация поверхностного слоя мишени для управления свойствами плазмы фемтосекундного лазерного импульса
§3.1. Перегрев плазмы фемтосекундного лазерного импульса в тонкопленочных мишенях
3.1.1. Численное моделирование взаимодействия фемтосекундного лазерного импульса с тонкопленочными мишенями
3.1.2. Экспериментальное исследование перегрева углеродных свободновисящих пленок под действием фемтосекундного лазерного импульса
3.1.3. Численное моделирование взаимодействия фемтосекундного лазерного импульса со свободновисящими пленками тяжелых металлов
§3.2. Управление свойствами плазмы фемтосекундного лазерного
импульса в плотных мишенях с модифицированной поверхностью
3.2.1. Экспериментальное исследование взаимодействия фемтосекундного лазерного импульса с высокопористым кремнием
3.2.2. Особенности взаимодействия с плотными
наноструктурированными мишенями
3.2.3. Генерация горячих электронов и быстрых ионов в лазерно-модифицированных мишенях
§3.3. К возможности эффективной генерации нейтронов в плазме фемтосекундного лазерного импульса с использованием модифицированных мишеней
§3.4. Усиление локального поля в плазме фемтосекундного лазерного

импульса, сформированной на модифицированной поверхности мишени
3.4.1. Генерация поверхностных электромагнитных волн при 195 взаимодействии фемтосекундного лазерного импульса с плотной горячей плазмой
3.4.2. Возрастание локального поля при взаимодействии с синусоидально 197 модулированной поверхностью
3.3.3. Возрастание локального поля при взаимодействии со случайно- 201 неоднородной (пористой) поверхностью
Глава 4. Инициирование низкоэнергетических ядерных переходов в
плазме фемтосекундного лазерного импульса §4.1. Возбуждение атомных ядер в горячей плотной плазме
§4.2. Экспериментальное наблюдение гамма-распада изомерного уровня
181тТа
4.2.1. Формирование плазмы фемтосекундными лазерными импульсами
4.2.2. Формирование плазмы субпикосекундными лазерными импульсами
§4.3. Возбуждение низкоэнергетических ядерных переходов в плазме
фемтосекундного лазерного импульса
4.3.1. Особенности возбуждения низкоэнергетических уровней изотопов
4.3.2. Роль горячих электронов при возбуждении низкоэнергетических 241 ядерных уровней
4.3.3. Влияние динамики параметров плазмы на эффективность 244 фотовозбуждения низкоэнергетических ядерных уровней
§4.4. Применение эффекта возбуждения низкоэнергетических ядерных
уровней в плазме фемтосекундного лазерного импульса
4.4.1. Ускорение распада из изомерного ядерного состояния
4.4.2. Многоквантовое фотовозбуждение ядерных уровней
4.4.3. Блокировка внутренней конверсии
4.4.4. К возможности разделения изотопов за счет фотовозбуждения 262 низкоэнергетического изомерного ядерного уровня
Выводы к части II
Литература к части II
Заключение

мы описывается следующими формулами [3]:
(1.58)
А& = -Р&
Вязкостью электронной подсистемы пренебрежем. Сила ЯаЬ вязкого взаимодействия ионной составляющей между ионами сорта а и сорта Ь есть [3]:
где Ма,Ыь — концентрации ионов, иа,иь — гидродинамические скорости жидкостей, тл - приведенная масса. Для ионов с зарядами еа,еь:
Для учета эффекта теплопередачи между жидкостями будем считать, что температура ионов (электронов) одной жидкости равна температуре ионов (электронов) другой жидкости.
Расчет кинетики ионизации и рекомбинации проводился нами на основе уравнения среднего заряда с учетом ионизации и рекомбинации из возбужденных состояний.
Решение системы уравнений проводилось в три этапа. На первом решалась задача гидродинамики каждой жидкости в отдельности. На втором учитывалось взаимовлияние жидкостей, а на третьем — изменение зарядового состояния.
На Рис. 1.5а представлен расчет разлета плазмы кремния в вакуум с учетом и без учета процессов связно-связных переходов. Видно, что учет связно-связных переходов существенно ускоряет процесс рекомбинации плазмы как па ее фронте, так и в глубине. Пренебрежение рекомбинацией через возбужденные состояния приводит к «замораживанию» ионизационного состава плазмы на уровне, близком к исходному состоянию ионизации. На Рис. 1.56 представлены результаты расчета для начальных условий, полученных расчетом по модели раздела 1.2
Таким образом, созданная модель позволяет моделировать динамику разлета плазмы на временах до сотен наносекунд.
(1.59)

(1.60)