Исследование процессов энергопереноса и абляционного ускорения вещества в мишенях, облучаемых мощными лазерными импульсами

• Автор: Гольцов, Александр Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Троицк Московской обл.
• Количество страниц: 170 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ.

1. ВВЕДЕНИЕ
2. ЛАЗЕР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ФИЗИЧЕСКИХ АСПЕКТОВ ЛТС
2.1. Введение
2.2. Лазерная система установки «Мишень»
2.2.1. Задающий генератор
2.2.2. Система временного формирования импульса
2.2.3. Система пространственного формирования световых пучков
2.2.4. Вакуумные пространственные фильтры
2.2.5. Подавление самовозбуждения и блокирование
отражённого от плазмы излучения
2.2.6. Усилительные элементы и преобразователи частоты излучения
2.2.7. Особенности юстировки
2.2.8. Параметры излучения на выходе лазерной системы
2.3. Плазменные эффекты при пространственной фильтрации
в мощных лазерных системах для ЛТС
2.2.1. Условия экспериментов
2.2.2. Диагностические методы
2.2.3. Обсуждение экспериментальных результатов
2.3. Сглаживание распределения интенсивности лазерного
пучка в дальней зоне
2.4.1. Метод динамического сглаживания
2.4.2. Электрооптический квадрупольный СВЧ-дефлектор
2.5. Заключение
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ АБЛЯЦИОННОГО УСКОРЕНИЯ ОБОЛОЧЕК ЛТС.
3.1. Введение
3.2. Условия проведения экспериментов и диагностический комплекс
3.3. Исследование эффективности абляционного ускорения
3.3.1. Выбор условий облучения
3.3.2. Определение скорости мишеней и сравнение различных диагностических методик

3.3.3. Определение скорости ударной волны и температуры
ускоренного вещества
3.4. Устойчивость абляционного ускорения фольг
3.4.1. Устойчивость ускорения в близких к ЛТС условиях
3.4.2. Эксперименты при пониженных световых потоках
3.5. Заключение
4. ПРОЦЕССЫ ТРАНСФОРМАЦИИ И ПЕРЕНОСА ЭНЕРГИИ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ МИШЕНЕЙ ИЗ МАТЕРИАЛОВ С РАЗЛИЧНЫМ АТОМНЫМ НОМЕРОМ.
4.1. Введение
4.2. Условия проведения экспериментов и диагностики
4.3. Экспериментальные результаты и обсуждение
4.4. Заключение
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПУЧКОВ МОЩНОГО
ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ ПОНИЖЕННОЙ ПЛОТНОСТИ.
5.1. Введение
5.2. Условия проведения экспериментов и диагностический комплекс
5.3. Экспериментальные результаты
5.4. Обсуждение результатов и сравнение с теоретической моделью
5.5. Заключение
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Глава 1. Введение.
На протяжении почти тридцатилетнего - с начала 70-х годов - периода исследований по программе ЛТС достигнут значительный прогресс в понимании физических процессов, протекающих при взаимодействии мощного лазерного излучения с мишенями. Это позволило сформулировать в достаточной степени экспериментально обоснованные требования к условиям облучения мишени и, как следствие, к лазерной системе для осуществления демонстрационного эксперимента по зажиганию. Сооружение соответствующих крупномасштабных лазерных установок уже начато в целом ряде ведущих лабораторий мира [1-3]. Вместе с тем, совокупность взаимосвязанных физических процессов, протекающих при воздействии мощных импульсов излучения на мишени ЛТС, чрезвычайно сложна, так что к настоящему времени по целому ряду физических вопросов не достигнуто достаточно полного понимания [4]. При этом вплоть до настоящего момента не прекращаются поиски более оптимальных конструкций мишеней ЛТС, использование которых позволило бы либо снизить требования к параметрам лазерной системы, либо обеспечить более эффективное зажигание и горение термоядерной мишени. Кроме того, продолжаются разработки альтернативных подходов в ЛТС [5-8], сценарии которых во многих аспектах существенно отличаются от традиционно рассматриваемых. Ясно, что успех такого рода усилий возможен лишь на основе более глубокого и детального понимания механизмов протекания физических процессов ЛТС.
Как известно, современный подход к проблеме ЛТС состоит в том, что облучаемая мощными пучками лазерного (или рентгеновского) излучения сферическая оболочка ускоряется к центру, сжимая заключенную внутри дейтериево-тритиевую смесь и нагревая ее до температур, обеспечивающих вспышку ядерного топлива. В широком смысле, физическую основу ЛТС составляет следующий круг проблем:
- поглощение и рассеяние лазерного излучения в плазменной короне (а также его трансформация в рентгеновское излучение плазмы, что особенно важно для схем с непрямым воздействием);
- теплопередача из зоны поглощения к твердой (абляционной) поверхности мишени (для схем с непрямым воздействием - радиационный перенос в полости между рентгеновским конвертором и термоядерной капсулой, а также абляция и теплоперенос под действием потока мощного квазиравновесного рентгеновского излучения);
- гидродинамическая эффективность и устойчивость процессов ускорения оболочки и сжатия топлива;
- поджиг термоядерного топлива и его горение.
Линза устанавливалась так, что исследуемая диафрагма находилась в её передней фокальной плоскости. При этом в её задней плоскости при помощи фотоплёнки регистрировался Фурье-спектр. Для изучения влияния образующейся плазмы на работу пространственного фильтра в отдельной серии экспериментов исследуемая диафрагма зондировалась сфокусированным диагностическим пучком (бс„пу~7-10'3) > который в этом случае имитировал фильтруемый лазерный пучок (типичный угол схождения фильтруемого пучка в канале мощной лазерной системы типа NIF 6collv~3-10-2)- В этих опытах опорный пучок интерферометра перекрывался, и в плоскости 24 регистрировалась теневая картина. При этом распределение интенсивности, регистрируемое в плоскости 17, представляет собой распределение в «ближней зоне» моделируемого пространственного фильтра.
2.3.3. Обсуждение экспериментальных результатов.
На рисунках 2.12 и 2.13 представлены типичные интерферограммы и Фурье-спектрограммы, зарегистрированные в различные моменты времени в экспериментах по облучению плоских алюминивых диафрагм при использовании параллельного диагностического пучка.
Рис. 2.12. Интерферограммы, зарегистрированные в различные моменты времени в экспериментах по облучению тонкой (200 мкм) плоской алюминиевой диафрагмы: (а) - невозмущённый кадр; (б) 6 не до максимума греющего импульса; (в) 3 не до максимума греющего импульса; (г) 8 не после максимума греющего импульса.