Развитие методов рентгеновской спектроскопии и их применение в исследованиях плазмы сильноточных разрядов

• Автор: Баронова, Елена Олеговна
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 211 с. : ил.

Содержание.

Введение.
Глава I. Универсальный фокусирующий спектрограф для регистрации спектров,
эмитируемых плазмой.
1.1. Оптическая схема, энергетический диапазон и спектральное разрешение
спектрографа Кошуа-Иоганссона, сравнение с оптическими схемами других спектрографов.
1.2. Характеризация изогнутых кристаллов, используемых для получения
изображений, измерений рентгеновских спектров, фокусировки рентгеновского излучения.
1.3. Метод исследования радиуса кривизны атомных плоскостей изогнутого
кристалла, аппаратная функция кристалла.
1.4. Исследование пространственного разрешения сферического кристалла
кварца.
1.5 Энергетический диапазон спектрографа с дифракционными решетками.
1.6 Применение спектрографа, образцы спектров, зарегистрированных
в различных диапазонах длин волн.
Результаты и выводы главы 1.
Глава 2. Однокристальный рентгеновский спектрополяриметр.
2.1 Постановка задачи и принцип работы рентгеновского спектрополяриметра.
2.2 Изготовление поляриметра из гексагонального кристалла.
2.3 Изготовление поляриметра из кубического кристалла.
2.4 Пространственная геометрия рентгеновского спектрополяриметра.
2.5 Соотношение индексов Бравэ механических и поляризационных
плоскостей.
2.6. Параметры четырехгранного однокристального кварцевого
спектрополяриметра.
2.7. Регистрация излучения в каналах четырехгранного поляриметра.
Результаты и выводы главы 2.
Глава 3. Исследование относительных интенсивностей рентгеновских линий, эмитируемых плазмой пинчевых разрядов.
3.1. Рентгеновские спектры, зарегистрированные в И-пинчевых установках
при токах разряда 150 кА, 200 кА, 360 кА, 500 кА. Экспериментальные свидетельства наличия анизотропии плазмы сильноточных разрядов.
3.2. Причины возникновения поляризации рентгеновского спектра.
3.3. Анализ проблем поляризационных измерений.
3.4. Моделирование интенсивностей линий гелиеподобного иона аргона
в условиях стационарной и нестационарной плотной плазмы.
3.5. Влияние сильных электрических полей на интенсивность запрещенной
линии 2|5'і-115[і
3.6. Сравнение результатов моделирования с результатами экспериментов.
Результаты и выводы главы 3.
Приложение 1.
Глава 4. Спектроскопия капиллярного разряда - эксперимент и моделирование

динамики параметров плазмы.
4.1. Конструкция камеры капиллярного разряда, схема эксперимента.
4.2. Регистрация спектров, эмитируемых плазмой капиллярного разряда.
4.3. Применение капиллярного разряда для юстировки спектрографа
с дифракционной решеткой.
4.4. Численное моделирование динамики параметров плазмы и интенсивности свечения линий капиллярного разряда во времени.
Результаты и выводы главы 4.
Приложение2.
Глава 5. Динамика параметров плазмы и интенсивности свечения рентгеновских линий в экспериментах по инжекции газа, проводимых для ослабления последствий срыва тока втокамаке.
5.1. Описание модели динамики плазмы при инжекции газа в токамак. Численное моделирование динамики параметров плазмы.
5.2. Радиационные потери при инжекции аргона в токамак.
5.3. Генерация электронного пучка при инжекции аргона.
5.4. Моделирование интенсивности линий гелиеподобного иона аргона в условиях стационарной и нестационарной короны. Применение
модели для диагностики параметров плазмы во время инжекции.
Результаты и выводы главы 5.
Заключение
Литература

Введение
Актуальность темы. В сильноточных разрядах (Ъ - пинчах) образуется плотная высокотемпературная плазма, сжимающаяся под действием протекающего по ней тока. Исследования рентгеновского излучения таких разрядов представляют интерес для понимания процессов, происходящих в плазме, для предсказания ее поведения, для практических применений, важнейшим из которых является термоядерный синтез. Среди методов диагностики пинчевой плазмы наиболее информативными являются методы рентгеновской спектроскопии, основанные на анализе относительных интенсивностей рентгеновских линий. Применение традиционных методик, однако, затруднено, так как исследуемая плазма является короткоживущей, анизотропной, нестационарной, оптически плотной. Известно также, что в плазме генерируются электронные пучки и быстрые ионы, турбулентные электрические и магнитные поля, а излучение плазмы может быть поляризовано.
В настоящей диссертации проведены экспериментальные и аналитические исследования относительных интенсивностей рентгеновских линий, эмиттированных плазмой пинчевых разрядов при токах 150+500 кА. Наиболее подробные исследования проводились для гелиеподобных ионов, широко используемых для определения температуры и плотности плазмы. Данные исследования актуальны для совершенствования существующих и создания новых методов диагностики плазмы. Эксперименты и расчеты проводились совместно с учеными Польши, Японии, Америки.
Во всем мире активно исследуется применение Ъ - пинчей (капиллярные разряды, плазменные фокусы, пинчи с импульсным напуском газа) для рентгеновской и ЕИУ литографии 1^1,2,3]. Капиллярный разряд является одним из наиболее простых видов перечисленных г - пинчевых разрядов. Большое внимание уделяется режимам работы с максимальным выходом излучения определенных длин волн (например, излучения вблизи 135 А, для которого существуют хорошо разработанные (Мо - Б1) зеркала) при минимальном распылении материала керамики и электродов. Одно из основных преимуществ капиллярного разряда — достаточно предсказуемое и стабильное положение источника излучения в пространстве, недостаток - нагрев и распыление материала стенок. Поиск оптимальной конструкции камеры капилляра, материала электродов, схемы предионизации, частотного режима работы установки, оптической схемы фокусировки излучения активно осуществляется в лабораториях России, Европы, Америки, Японии, других стран.
Одна из глав настоящей диссертации посвящена исследованию капиллярного разряда. Автором сконструирована установка и проведены эксперименты по регистрации излучения, эмитгируемого плазмой капилляра. На базе известных аналитических моделей созданы коды для описания динамики плазмы и динамики интенсивности линий, излучаемых плазмой капиллярного разряда. Коды могут быть использованы для оптимизации параметров капиллярного разряда. Данные работы ведутся совместно с МИФИ, Институтом Ядерных Проблем им.Солтана в Польше. Университетом г.Кумамото и Токиийским Технологическим Институтом. Кроме литографии, капиллярный разряд может применяться для исследования коэффициентов отражения диффракционных решеток в ВУФ диапазоне, а также для настройки УФ и ДУФ спектрографов. Нами опробовано применение капилляра для настройки спектрографа с малыми углами падения, который очень чувствителен к точности взаимного расположения детектора и диспергирующего элемента.
Одна из глав диссертации посвящена исследованию процесса инжекции нейтрального газа в плазму токамака. В настоящее время одним из важнейших направлений исследований токамаков является нахождение возможностей предотвращения последствий, возникающих при срыве тока или быстром отключении тока в случае экстренной необходимости. К

мм, но различной шириной - 50 и 100 мкм соответственно. Полуширина кривых отражения Р2/50иР2/100 одинакова.
Checking the spot in divergent beam
Aberrations 70 |.i
spherical substrate
quartz crystal 11 (-12)
Hirror Point at Reference Place
Aluminum Hirror Point at Ref. Place
-400 -200 0 200
X (long side), mkh
50 100 150 200
Rel. Intensity
Without A
50 100 150 200
Rel. Intensity
With A
-400 -200 0 200
X (long side), hkm
Рис. 1.21.a,6. Исследование качества сферической подложки.