Исследование взаимодействия струи благородного газа в вакууме с лазерной плазмой и лазерным излучением методами спектроскопии МР диапазона

• Автор: Медников, Константин Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 87 с. : ил.

ГЛАВА 1. Экспериментальная установка

1.1. Вакуумная камера и лазер

1.2. Импульсная газовая мишень

1.3. Рентгенооптические элементы

1.3. Детекторы излучения

1.4. Основные результаты Главы

ГЛАВА 2. Измерение плотности ксенона в импульсной струе по поглощению монохроматического мягкого рентгеновского излучения

2.1. Введение

2.2. Эксперимент

2.3. Обработка рентгенограмм и результаты измерений

2.4. Основные результаты Главы

ГЛАВА 3. Оптимизация лазерно-плазменного источника мягкого рентгеновского излучения, возбуждаемого в импульсной струе ксенона
3.1. Введение
3.2. Экспериментальная установка
3.3. Эксперимент и обсуждение
3.4. Основные результаты Главы
ГЛАВА 4. Перезарядка многозарядных ионов лазерной плазмы на атомах струи благородного газа
4.1. Введение
4.2. Экспериментальная установка
4.3. Результаты измерений
4.4. Основные результаты Главы
ГЛАВА 5. Апериодические многослойные зеркала в области длин волн короче 11 нм
5.1. Апериодические многослойные зеркала
5.2. Широкополосные зеркала нормального падения на основе урана
5.3. Восстановление структуры многослойных зеркал скользящего
падения на основе вольфрама по известному профилю отражения на
длине волны 0.154 нм
5.4. Основные результаты Главы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

В последнее время происходило бурное развитие оптики мягкого рентгеновского (МР) диапазона. К МР диапазону условно относят излучение с длинами волн от 10 А до 300 А. Несмотря на значительные принципиальные трудности - сильное поглощение в воздухе и отсутствие удобных оптических материалов - достигнут значительный прогресс в использовании МР излучения в науке, технике, медицине и других областях.
Интерес к мягкому рентгеновскому диапазону обусловлен несколькими причинами. Во многих случаях МР - излучение предоставляет единственную возможность получения информации об уровнях энергии и краях поглощения многозарядных ионов в лабораторной плазме. Приборы, работающие в МР диапазоне, дополняют приборы видимого диапазона и представляют исключительный интерес для астрофизики, физики плазмы.
В МР области спектра достигается принципиально более высокое пространственное разрешение, определяемое дифракционным пределом, чем в видимом свете. В связи с этим сейчас все более широкое применение находит рентгеновская микроскопия. В отличие от электронного микроскопа, требующего предварительной обработки образцов, рентгеновский микроскоп позволяет изучать образцы в их естественном виде, в том числе живые биологические объекты. Кроме того, изображающая оптика МР диапазона используется в рентгеновской литографии, которая, по-видимому, скоро станет промышленным стандартом.
Освоение МР диапазона осложнено поглощением в воздухе и отсутствием подходящих материалов для элементов прозрачной оптики и отражающей оптики нормального падения. Все материалы в этой области спектра имеют очень высокое поглощение и крайне незначительное отражение при небольших углах падения (от нормали). Поэтому до недавнего времени в МР диапазоне существовали только приборы

скользящего падения. Спектрографы со сферической дифракционной решеткой обеспечивали исследователей спектроскопической информацией, но обладали сильным астигматизмом и практически не фокусировали пучок в направлении, перпендикулярном плоскости дисперсии. При этом спектральное изображение точек входной щели (и источника) представляли собой неограниченные по высоте линии, что вынуждало исследователей добиваться пространственного разрешения ценой сильного уменьшения освещенности в спектральных линиях.
Общим недостатком приборов скользящего падения является малое поле зрения. При выведении источника из главной плоскости (Н=0) быстро растут геометрические аберрации, что заставляет сильно ограничивать апертуру решетки и соответственно уменьшать светосилу прибора.
Начиная с середины 70-х годов прошлого века, бурно развиваются технология нанесения тонких пленок и микролитография. В результате появляются первые рентгеновские оптические элементы нормального падения - многослойные зеркала (М3) и зонные пластинки. Идея многослойных зеркал была впервые высказана А. В. Виноградовым [1] и Э. Шпиллером [2] в 1976 - 1977 годах. Подробный обзор периодических многослойных зеркал дан в [3].
Многослойные зеркала нормального падения совершили революцию в оптике МР диапазона [4]. Современные М3 представляют собой подложку заданной формы с нанесенным на нее многослойным покрытием. Периодическое многослойное покрытие обычно состоит из нескольких десятков или сотен периодов, составленных из двух чередующихся веществ с постоянными по всей глубине структуры толщинами. Период структуры й должен удовлетворять известному условию Брэгга:
2с1псо$0 як^Л.
Здесь п - средний по периоду показатель преломления, 0 - угол падения, считая от нормали, кв - брэгговский порядок отражения. Для уменьшения рассеяния рентгеновского излучения шероховатости подложки и покрытия должны быть минимальными. Обычно удается добиться

конечном счете об отношениях между парциальными сечениями перезарядки.
4.2. Экспериментальная установка
Эксперименты проводились в большой вакуумной камере "ИКАР" (00.9 м х 3.8 м), у торца которой располагался импульсно-периодический лазер на кристаллах ортоалюмината иттрия NdiYAlCb (0.5 Дж, 6 не, 1.08 мкм). Поток лазерной плазмы, полученной при облучении твердотельной мишени наносекундными импульсами неодимового лазера, направлялся на струю газа. Струя газа создавалась при помощи импульсного клапана высокого давления (до 10 атм.), открытие которого синхронизовалось с лазерной вспышкой. Использовались как цилиндрическое сопло с диаметром 0.4 мм, так и сверхзвуковое коническое сопло в виде канала длиной 1см и выходным диаметром 1.0 мм при отношении площадей выходного и входного отверстий Sml / Sm »5.0. Газ к клапану подводился от внешних (по отношению к вакуумной камере) баллонов высокого давления. Время открытого состояния клапана составляло ~1.5мс. Распределение плотности в струе для обоих типов сопел было исследовано ранее в работе [67 или см. Главу 2]: проводилось теоретическое моделирование разлета ксенона, которое дополнялось измерением распределения плотности по поглощению просвечивающего струю излучения с длиной волны 13.5 нм. В качестве атомов-доноров в различных экспериментах служили атомы Не, Ne, Хе.
Ось струи проходила параллельно твердотельной мишени на расстоянии 11 мм от нее (Рис. 4.1). Лазерный пучок фокусировался на мишень в пятно с эффективной площадью Seff ~1(Г5 см2 при помощи линзы
/=75 мм, изготовленной из тяжелого флинта. Максимальная интенсивность лазерного излучения в центре фокального пятна составляла не менее -5-1012 Вт/см2.