Квазирезонансное фотовозбуждение и конверсионный распад низкоэнергетических ядерных состояний в горячей плазме фемтосекундного лазерного импульса

• Автор: Чутко, Олег Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 152 с. : ил.

ГЛАВА 1. Оценка величины средней энергии горячего электронного компонента

лазерной плазмы модифицированным методом фильтров

§1.1. Модифицированный метод фильтров оценки средней энергии

горячих электронов лазерной плазмы

§1.2. Детекторы рентгеновского излучения на основе ФЭУ-119 со

сцинтиллятором №1(Т1) и кремниевого лавинного фотодиода

§1.3. Методика подбора фильтров, обеспечивающая наилучшую точность оценок средней энергии горячих электронов лазерной плазмы

модифицированным методом фильтров

§1.4. Экспериментальная установка для оценки средней энергии горячих

электронов лазерной плазмы модифицированным методом фильтров

§1.5. Определение величины средней энергии горячих электронов лазерной плазмы модифицированным методом фильтров с использованием рентгеновских детекторов с различной спектральной
чувствительностью
§1.6. Влияние контраста и поляризации фемтосекундных лазерных импульсов на эффективность генерации и величину средней энергии
горячих электронов лазерной плазмы
Основные результаты главы
ГЛАВА 2. Возбуждение низкоэнергетических ядерных состояний квазирезонансными рентгеновскими линиями атомов и ионов плазмы
фемтосекундного лазерного импульса •
§2.1. Фотовозбуждение низкоэнергетических ядерных состояний
линейчатым рентгеновским излучением
§2.2. Кинетика генерации рентгеновских линий при взаимодействии мощного фемтосекундного лазерного импульса с твердотельной мишенью

§2.3. Обоснование возможности эффективного возбуждения
низкоэнергетических ядерных состояний резонансным линейчатым
излучением ионов лазерной плазмы
§2.4. Описание методики расчета ионизационного состава стационарной
лазерной плазмы
§2.5. Расчет населенностей возбужденных состояний ионов в
стационарной плазме алюминия
§2.6. Расчет ионизационного состава стационарной плазмы алюминия
§2.7. Влияние горячего электронного компонента на населенности
возбужденных состояний ионов и ионизационный состав лазерной
плазмы
§2.8. Возбуждение ядра 20|Ня8о квазирезонансным Ка-излучением иона
алюминия А]*9
Основные результаты главы 2
ГЛАВА 3. Конверсионный распад возбужденных ядерных состояний при
расширении горячей лазерной плазмы
§3.1. Внутренняя электронная конверсия (ВЭК) в нейтральных атомах и
ионах
§3.2. Внутренняя электронная конверсия в расширяющейся
высокоионизованной горячей лазерной плазме
§3.3. Методика регистрации энергетических и зарядовых спектров частиц
лазерной плазмы
§3.4. Механизмы образования отрицательных ионов высоких энергий при
расширении горячей лазерной плазмы в окружающий газ
Основные результаты главы 3
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ. Ударные и радиационные процессы в лазерной плазме
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Актуальность темы
Создание в конце 20-го века фемтосекундных лазерных систем настольного типа, способных генерировать световые импульсы длительностью 10-1000 фс (1 фс = 10'15 с) с энергией до 1 Дж, позволило при острой фокусировке лазерного излучения получить в лабораторных условиях интенсивности светового поля вплоть до /~10|6-1021 Вт/см2 [1, 2, 3, 4, 5]. Столь интенсивное излучение характеризуется сверхсильной напряженностью электромагнитного поля, превышающей внутриатомное кулоновское поле в атоме водорода ~109 В/см. Взаимодействие такого излучения с веществом протекает в режимах, принципиально отличных от случаев, в которых используются лазерные импульсы более низких интенсивностей. В частности, изучение плазмы, сформированной при облучении различного рода мишеней мощными фемтосекундными лазерными импульсами, стимулировало проведение исследований в таких областях науки и техники как физика высокотемпературной лазерной плазмы и лазерного термоядерного синтеза; создание новых типов источников сверхкороткой длительности, излучающих в ВУФ и рентгеновском диапазонах спектра; использование лазерной плазмы для инициирования ядерных реакций и т.п. [6, 7, 8, 9, 10, 11].
Плазма, создаваемая на поверхности твердотельной мишени высококонтрастным фемтосекундным лазерным импульсом (плазма ФЛИ), обладает рядом уникальных характеристик (9, 10]. Так, за время действия лазерного импульса -10-100 фс образовавшаяся плазма со средним зарядом Л~10 не успевает разлететься и сохраняет плотность близкую к твердотельной при температуре тепловых электронов Те~0.1-1 кэВ. Одновременно с этим, благодаря таким механизмам как вакуумный нагрев, аномальный скин-эффект, резонансное поглощение и др., в лазерной плазме формируется горячий электронный компонент с характерными энергиями -1-100 кэВ в зависимости от интенсивности лазерного излучения [10]. Так в случае умеренных интенсивностей 1016 Вт/см2 средняя энергия горячих электронов в плазме составляет величину порядка 5-10 кэВ, а коэффициент преобразования энергии лазерного импульса в энергию горячих электронов величину -1% [12, 13, 14]. Время жизни приповерхностной лазерной плазмы ФЛИ определяется характерным временем остывания электронов, зависящем как от скорости ее расширения в вакуум (-0.1 нм/фс при Ге~100 эВ), так и от скорости распространения тепловой волны вглубь мишени (

электронов. Например, при интенсивности фемтосекундного лазерного импульса порядка 1016 Вт/см2 средняя энергия горячих электронов составляет величины ~5 кэВ, что приводит к необходимости использования алюминиевых фольг, установленных перед детекторами, толщиной 100 мкм и 500-700 мкм соответственно, и обеспечивает точность оценок средней энергии горячих электронов до 25-30%.
• Точность и диапазон оценок средней энергии горячих электронов лазерной плазмы определяются областью спектральной чувствительности используемых детекторов рентгеновского излучения. В результате калибровки детекторов рентгеновского излучения на основе ФЭУ-119 со сцинтиллятором Ыа1(Т1) и кремниевых лавинных фотодиодов (табл. 1.3) оценена толщина чувствительного слоя кремниевых лавинных фотодиодов -80 мкм. Получено, что кремниевые лавинные фотодиоды с толщиной чувствительного слоя 80 мкм имеют максимум спектральной чувствительности в области энергий рентгеновских квантов 2-20 кэВ и могут быть использованы для определения модифицированным методом фильтров средней энергии горячих электронов (<£*>-1-10 кэВ) плазмы, сформированной фемтосекундными лазерными импульсами умеренной интенсивности ~10|5-1016 Вт/см2. Детекторы на основе ФЭУ-119 со сцинтиллятором Ка1(Т1), имеющие при толщине кристалла 5 мм область спектральной чувствительности 2-100 кэВ, могут быть использованы при средней энергии горячих электронов до 50-70 кэВ. При этом использование лавинных фотодиодов обеспечивает лучшую точность оценок за счет меньшего разброса результатов измерений энергии рентгеновского излучения в спектральном диапазоне, соответствующем области максимальной чувствительности детектора.
• Модифицированным методом фильтров с использованием кремниевых лавинных фотодиодов и детекторов рентгеновского излучения на основе ФЭУ-119 со сцинтиллятором Ка1(Т1) оценена величина средней энергии горячих электронов лазерной плазмы, сформированной при взаимодействии высококонтрастных /»-поляризованных фемтосекундных лазерных импульсов с интенсивностью (5-20)-1015 Вт/см2 с вольфрамовой мишенью. Полученные величины составили <Е*>л<ед=5.1±1.4 кэВ и <£*>Фэу=5.7±1.9 кэВ.
• Модифицированным методом фильтров с использованием детекторов рентгеновского излучения на основе ФЭУ-119 со сцинтиллятором 1'а1(Т1)