WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

представляет собой выполненную в общей сборке систему из задающего блока (З.Г.) и усилителя. З.Г. включает в себя активный элемент YAG:Nd3+ длиной 4см и диаметром 4мм, электрооптический затвор на метаниобате лития. Малаядлина резонатора ~ 7см, обеспечивает длительность импульса излучения ~3нс, диафрагма 1мм обеспечивает выделение основной поперечной моды TEM00, телескоп расширяет пучок до 6 мм в диаметре. Усилитель на YAG:Nd3+ усиливает излучение до необходимой энергетии 20-40мДж(регулируемо). Система из фарадеевского вращателя (2) и поляризаторов (3) обеспечивает защиту З.Г. от деполяризованной рассеянной компоненты, которая усиливаясь в З.Г. может привести к оптическому пробою кристалла YAG:Nd3+.

Далее излучение З.Г. проходит через четвертьволновую пластинку, (4) получая круговую поляризацию и фокусируется линзой (5) с f=54см. (с учетом показателя преломления CCln=1.45 f=78см) (выбор линзы основывался на параметрах фокальной перетяжки для достижения оптимального сжатия) в кювету с нелинейной средой CCl4. Для измерения длительности сжатого импульса он регистрировался на ЭОПе со щелевой разверткой СФР-6, измерения показали, что длительность составляет 0,3 – 0,6нс. С помощью интерферрометра Фабри-Перо была исследована модовая структура сжатого импульса и импульса накачки.

Исследования показали, что при наличии в импульсах накачки 2-4 продольных мод (в 10% одна мода) рассеянное излучение состояло из одной моды, редко двух, следовательно имеет место некоторая селекция мод при ВРМБ компрессии.

Четвёртая глава Описывается весь лазерный диагностический комплекс, передающая и приемная части.

Схема генерации зондирующего излучения(передающая часть комплекса). На Рисунке 2. представлена схема генерации пяти пучков зондирующего излучения с длиной волны 532 нм - второй гармоникой YAG:Nd лазера. На схеме внизу показана линейка генерации импульса излучения с =1064нм и длительностью ~400пкс, конструкция которой описана выше. Далее, излучение направляется на линейку каскадов последовательного усиления и генерации второй гармоники с помощью кристаллов KTP (KTiOPO4, титанил-фосфат калия), затем интерференционными зеркалами вторая гармоника выводится на лини оптической задержки, реализованные так, что каждый лазерный импульс отстоит от первого на 10,20,30,40 нс. Затем пять поворотных зеркал вводят лучи в диагностическую трубу вакуумной камеры установки с апертурой 2°. Описанный метод последовательного “отщепления” каждого луча от второй гармоники существенно уменьшает лучевую нагрузку нелинейных кристаллов по сравнению с традиционной схемой деления выходного луча и позволяет с минимальными затратами наращивать число зондирующих лучей.

Рисунок 2. Передающий тракт лазерного диагностического комплекса для С300.

Описание приемной части. На Рисунке 3 изображена схема приемной части диагностического комплекса. Объектив (f=160 см, диаметром 15 см), закрепленный на выходном окне камеры, строит изображение плазменного объекта на приемной кассете с двукратным увеличением. Четыре кварцевых клина с углом 1° разводят 1,2,4,5 лучи в вертикальной плоскости, разделяя их на фотопластинке в плоскости изображения. На входе в фотокамеру крепятся интерференционный фильтр и набор стеклянных светофильтров для отсечки собственного излучения плазмы и ослабления излучения зондирующих пучков до приемлемого уровня. Зеркало разворачивает пучки для попадания их на приемную кассету.

Пятикадровая съемка плазменных объектов осуществлялась на фотопластинке типа "ФОТО90" и “МИКРО-90”.

Рисунок 3.

Пятая глава Представляет собой описание механизмов взаимодействия лазерного излучения с плазмой.

Механизмы взаимодействия лазерного излучения с плазмой, образование тени.

Первый - это отсечка зондирующего излучения в плазме, когда частота его приближается к плазменной частоте 0. Для пучка с длиной волны 532нм это возможно при концентрации Ne4·1021см3. Второй- обратное тормозное поглощение зондирующего излучения в плазме или, другими словами, поглощение на свободно-свободных переходах. При этом в известном законе Бугера:

I=I0·exp(- ·l) коэффициент поглощения, [3.10]:

Z g Ne Ni h = C1 2 3 1- exp- k Te Te1/ При кТe >> h, что всегда выполняется в наших экспериментах, описывается соотношением h Z g Ni C3 / 2 k T e Здесь C1=3.69·108 см5·град1/2·с-3, Z - заряд ионов, g - фактор Гаунта, Ne и Ni - концентрации электронов и ионов, частота зондирующего излучения. Отсюда можно выразить Ni:

k Te3 / 2 Te3 / Ni = 7.3 C1 h Z g Z g Следует отметить слабую зависимость определенной таким образом ионной концентрации от значения электронной температуры при работе с плазмой из веществ с большим зарядом ядра. Действительно, Ni (Te)3/4 / (Z(T))3/2, а средний заряд иона Z хорошо аппроксимируется зависимостью Z (T)1/2. Расчеты показывают (например, в [3.15]), что при возрастании Te от 10 до 100 эВ величина Z растет от 6 до 20; при этом значение Ni при фиксированном меняется не более чем на 10%. Для вольфрамовой плазмы в наших условиях эксперимента можно оценить Ni>5·1018см-3.

Наконец, третий механизм образования тени на снимках - это рефракция зондирующего пучка в областях с градиентами концентрации электронов плазмы, если эти градиенты так велики, что преломленный луч выходит за половину апертурного угла объектива =d/a, где d - ее диаметр, a-расстояние от объектива до объекта.

Для наших условий, задаваемых геометрией расположения диагностических окон, угол рефракции около 20мрад, что соответствует градиенту N не менее 3·1020см-4. Т.е. исходя e из характерных наблюдаемых размеров плазмы, электронную концентрацию можно оценить как Nе = 1020см-3, следовательно, ионную концентрацию плазмы вольфрама можно оценить 2·1019см-3, а остальных нагрузок 5·1019см-3. Таким образом, образование тени на снимках под действием механизма обратного тормозного поглощения выглядит более предпочтительным, по крайней мере, для плазмы с большим Z.

Шестая глава Посвящена описанию теневых и шлирен снимков плазмы различных нагрузок в экспериментах на сильноточном генераторе С300.

Исследование имплозии многопроволочных лайнеров из вольфрама, алюминия и их комбинаций. Известно, что проволочки в многопроволочном лайнере имеют аксиальные неустойчивости с размером, зависящим от их материала. Так например, для вольфрама период струй 0.25 мм, для алюминия - 0.5 мм. Эти неустойчивости отражаются на финальных неоднородностях сжатого пинча, имеющих период порядка 1 мм.

Предполагалось, что установив проволочки близкой массы из разных материалов, можно будет усреднить эти нестабильности и повлиять на величину финальных неустойчивостей.

Большинство экспериментов проводились с одиночными лайнерами. Одиночные лайнеры имели одну и ту же геометрию: диаметр12 мм, высота 10 мм. Лайнерные сборки состояли из алюминиевых или вольфрамовых проволочек или из их комбинации.

Алюминиевые проволочки имели диаметр 18 или 15 мкм, а вольфрамовые 5 или 6 мкм.

Количество проволочек в сборках варьировалось: для Аl -48, 60, 80; для W- 48, 80, 108; и смешанных 12Аl+12W, 24Al+24W, 30Al+30W. Соответственно массы сборок были ровны:

для Аl- 336 мкг, 420 мкг и 500 мкг, для W -264 мкг, 370 мкг, 420 мкг, и 500 мкг, для смешанных 250 мкг, 300 мкг, и 375 мкг. Кроме того, был проведен цикл исследований сжатия двухкаскадных (вложенных) лайнеров, оболочки которых набирались из вольфрамовых или алюминиевых проволочек.

Целью этой серии экспериментов было изучение влияния химического состава проволочных сборок на динамику и устойчивость их имплозии, а также исследование мелкомасштабных неустойчивостей, развитие которых сопровождает генерацию плазмы на первой стадии процесса сжатия.

Кроме лазерной в эксперименте были задействованы:

1.Электронно-оптическая регистрация в видимом свете.

2. Рентгеновская спектроскопия на кристаллическом спектрографе.

3. Измерения рентгеновских спектров с помощью рентгеновского полихроматора.

На рисунке 4 представлены три теневые фотографии имплодирующей вольфрамовой сборки (80 проволочек толщиной 6 мкм каждая). Типичной особенностью таких фотографий является острая модуляция границы плазменного столба и быстрая эволюция её формы. Так на 80-ой наносекунде от начала тока, когда плазменные потоки проволочек к оси уже создают “сплошную“ тень, наблюдается пространственная модуляция её границы с периодом 0,2 мм, что характерно также и для плазмы, образующейся на отдельных проволочках (рисунок 5). В процессе сжатия происходит увеличение периода пространственной модуляции до 0,6 мм рисунок 4 и 2-2,5 мм на 120 нс. Видимая скорость плазменных образований на границе достигает 5.107 см/сек. Особенностью некоторых теневых фотографий является наличие на фоне сплошной тени продолговатых областей параллельных оси, прозрачных для зондирующего лазерного излучения (рисунок 6). Этот эффект чаще проявляется в случае проволочных сборок с большим количеством проволочек (80 и более). Следует заметить, что при общем уменьшении диаметра тени, поперечные размеры прозрачных образований увеличиваются. Этот эффект, вероятно, можно объяснить филаментацией тока в общей плазменной короне, окружающей проводники.

Рисунок 4.(5,6) Теневые фотографии имплодирующей вольфрамовой сборки.

Рисунок 5. Рисунок 6.

Исследование протекания импульсного тока с большой линейной плотностью по модели линии с магнитной изоляцией. На установке С-300 была выполнена серия экспериментов по исследованию работы короткого отрезка магнитоизолированной вакуумной линии (МИВЛ) при токах мегаамперного диапазона с погонной плотностью до МА/см. Целью этих экспериментов являлись исследования динамики приэлектродной плазмы и её влияния на транспортировку энергии Анодом вакуумной линии длиной 1 см являлись два плоских параллельных наружных электрода, расстояние между которыми изменялось от 8 до 12 мм. Внутренний отрицательный электрод МИВЛ располагался между наружными электродами симметрично относительно них. В большинстве экспериментов в качестве катода использовались трубочки из нержавеющей стали или никеля с внешним диаметром и 1,2 мм и толщиной стенки 100 или 200 мкм. Исследовались два варианта линии – короткозамкнутая или с низкоиндуктивным шунтом на её выходе МИВЛ пристыковывалась на выход мишенного узла (МУ) генератора С-300. Токи на входе в МУ и на выходе МИВЛ регистрировались магнитными зондами и низкоиндуктивным шунтом соответственно.

Дополнительные элементы существенно увеличили индуктивность мишенного узла, что привело к уменьшению выходного тока генератора и увеличению его фронта. В результате в этих экспериментах ток на входе в мишенный узел изменялся в интервале от 1 до 1,8 МА с характерным временем нарастания 160 – 200 нс.

Для лазерной диагностики применялась как теневая так и шлирен съемка плазмы. Для шлирен-съемки в фокальной плоскости объектива (F=160 см), строящего изображение нагрузки, располагались три шлирен-маски, каждая из которых представляла собой в диск диаметром 1 мм, закрывающий фокальное пятно одного из трех зондирующих лазерных лучей. Эти размеры определяли минимально возможный регистрируемый угол рефракции = 310-4 рад. Маски меньших размеров использовать было нецелесообразно, так как этот угол уже был сравним с углом расходимости лазерного излучения и с углом его дифракции на диаметре внутреннего электрода. Связь угла отклонения и градиента электронной концентрации имеет вид:

Ne = 4.46 10-14 2l В наших условиях это соответствовало Ne = 3 1019 см-4 и Ne 510171018 см-3.

Теневые и шлирен-фотографии плотной плазмы приведены на рисунке 7,8 соответственно.

Рисунок 7. (Граница тени соответствует ионной концентрации 6·1018 см-3.) Рисунок 8. (Шлирен-фотографии. Граница контура соответствует электронной концентрации 5·1017 см-3.) На них плотная плазма, разлетающаяся от центрального электрода, выглядит в виде хорошо сформированных цилиндрических образований, имеющих резкие границы (спад концентрации на порядок на пространственном масштабе 0,2-0,4 мм). Обобщенные данные лазерного зондирования свидетельствуют, что вплоть до времен 240 нс от начала тока плотная плазма с концентрацией электронов 51017 см-3 разлетается по диаметру не более чем на 3,2 мм при начальных диаметрах электрода 1- 1, 2 мм.

Изучение динамики развития перетяжки в плотных гетерогенных профилированных Z-пинчах. Эффект фокусировки энергии достигался в результате применения комбинированных нагрузок высотой 10 мм, состоящих из шейки малого диаметра (1-3 мм), помещённой между вершинами двух конусов. Шейка была выполнена из агар-агара, содержащего демпфированное вещество (CD2). Для измерения параметров плазмы и рентгеновского инейтронного излучений кроме лазерной диагностики применялся следующий набор диагностических средств: рентгеновская спектроскопия высокоионизованных ионов в диапазоне энергий 1-10 эВ, интегральное и высокоскоростное фотографирование в рентгеновской и оптической области спектра, нейтронные времяпролётные измерения, регистрация рентгеновского излучения в диапазоне 0,4-100 кэВ. Ранее было установлено, что при протекании тока до 3 МА через профилированные гетерогенные нагрузки образуется высокотемпературная плазма с размером < 100.мкм. Возникновение плотной (ne - 1022 см-3) горячей (Те=1-2кэВ, Тi=3-13кэВ) плазмы сопровождалось появлением нейтронного а также мягкого и жесткого рентгеновского излучения. Было показано, что процесс формирования плазмы в центральной части нагрузки происходит в течение длительного времени, соответствующего переднему фронту тока. В данной работе для определения особенностей плазмробразования в шейке гетерогенной нагрузки одновременно измерялись динамика образования плазмы в перетяжке и временная последовательность возникновения нейтронного и рентгеновского излучения.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»