WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

8. В плазме, создаваемой пикосекундными лазерными импульсами умеренной интенсивности (около 1017 Вт/см2), генерируются сильные плазменные колебания с частотой = (0.71.0)1015 с-1, заметно меньшей частоты лазерного излучения.

1.6. Достоверность работы Достоверность основных научных результатов подтверждается применением надежных методов диагностики атомных и ядерных процессов в лазерной пикосекундной плазме и апробированных вычислительных методов. Полученные в экспериментах данные там, где это возможно, сравнивались с результатами других авторов и известными теоретическими моделями. Все сравнения дали положительный результат.

7  1.7. Апробация работы и публикации Материалы, вошедшие в диссертацию, докладывались на научных семинарах в России в ФИАН, ИОФРАН, МГУ, ВНИИЭФ. Кроме этого, основные результаты представленных в диссертации исследований докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на следующих научных конференциях:

- XXVI – XXVIII, XXXIII, XXXIV Звенигородских конференциях по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу (1999, 2000, 2001, 2006 и годы);

- American Physical Society Topical Conference on Atomic Processes in Plasmas, USA, Reno, Nevada, March 19-23, 2000;

- V Международном симпозиуме по радиационной плазмодинамике, Москва, май 2000г;

- XVII International Conference on Coherent and Nonlinear Optics (ICONO 2001), Minsk, Belarus, June 26 – July 1, 2001;

- International Quantum Electronics Conference (IQEC2002), Moscow, Russia, 2002;

- XVII European Conference on Laser Interaction with Matter (ECLIM2002) Memorial to Nobel Price Winner, Academician N.G.Basov, Moscow, Russia, 2002;

- 31th European Physical Society Conference on Plasma Physics, London, England, 28th June – 2nd July 2004;

- 32st European Physical Society Conference on Plasma Physics, Tarragona, Spain, June 27 – July 1, 2005;

- Fourth International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications (IFSA2005), Biarritz, France.

По теме диссертации опубликовано 47 работ в реферируемых научных изданиях, в том числе 28 статей в отечественных и зарубежных научных журналах (из них 17 статей в изданиях, входящих в перечень, рекомендуемых ВАК) и 19 статей в сборниках и трудах конференций и более 50 тезисов докладов.

1.8. Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа изложена на 247 страницах, включает 82 рисунка, 15 таблиц и списки литературы (по частям, общее число ссылок 211, включая пересекающиеся).

1.9. Личный вклад автора Результаты, изложенные в диссертации, получены автором лично либо при его непосредственном участии.

Автор активно принимал участие в выборе направления в целом. Ему принадлежит постановка задач и определение способов их решения. Разработка методик измерений, постановка экспериментов и их проведение, обработка и анализ результатов проводились под руководством и при непосредственном участии автора.

Экспериментальные исследования выполнялись на модернизированной лазерной установке «Неодим», созданной под руководством начальника отдела ФГУП ЦНИИмаш Беляева В.С. В создании установки «Неодим» 1 ТВт мощности принимали участие сотрудники Института лазерной физики Государствен8  ного оптического института (г. С.-Петербург). Модернизация лазерной установки «Неодим» с увеличением мощности лазерного излучения с 1 ТВт до 10 ТВт и увеличением интенсивности лазерного излучения с 1017 Вт/см2 до 21018 Вт/см2 осуществлялась под руководством и при непосредственном участии автора. В разработке и создании системы диагностики лазерной плазмы принимали участие сотрудники НИИ импульсной техники (г. Москва). В проведении циклов экспериментальных исследований принимали участие сотрудники Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (г. Москва), ВНИИ физико-технических и радиационных измерений (г. Менделеево Московской области) и ФГУП ЦНИИмаш (г. Королев Московской области).

Автор принимал участие в теоретическом обосновании постановки экспериментов, в проведении теоретических оценок и интерпретации полученных экспериментальных результатов.

В теоретических исследованиях принимали участие сотрудники Московского физико-технического института (Государственного университета) (г. Долгопрудный Московской области), Института ядерного синтеза Российского научного центра “Курчатовский институт” (г. Москва), Физического института им.

П.Н. Лебедева РАН (г. Москва), Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН (г. Москва), Объединенного института высоких температур (г. Москва) и ФГУП ЦНИИмаш (г. Королев Московской области).

Всем, принимавшим участие в выполнении работы, автор выражает свою искреннюю признательность.

2. СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении приведен обзор современного состояния развития мощных лазеров и результатов исследований, проводимых с использованием таких лазеров, показана актуальность темы, сформулированы цель и задачи работы, приводятся научная новизна, практическая ценность работы, приведены защищаемые положения и дается краткая аннотация содержания глав.

В первой главе приводится описание созданного лазерного комплекса для исследования атомных и ядерных процессов в лазерной плазме, состоящего из пикосекундной лазерной установки «Неодим» 10 ТВт уровня мощности, системы диагностики лазерного излучения и системы диагностики лазерной плазмы.

Схема пикосекундной лазерной установки «Неодим» приведена на рис. 1. При расчете схемы лазерной установки было учтено влияние основных факторов, которые ограничивают получение максимальной интенсивности при усилении, распространении и фокусировке сверхкоротких лазерных импульсов, таких как:

разрушение оптических элементов лазерной установки, мелкомасштабная самофокусировка, насыщение усиления и аберрация фокусирующих элементов лазерной установки [4].

Лазерная установка «Неодим» создана по хорошо известному принципу усиления фазомодулированных (чирпированных) импульсов [5] и состоит из трех функциональных частей: стартовой системы, усилительного тракта и компрессора. Стартовая система формирует чирпированный лазерный импульс с энергией до 4 мДж длительностью 300 пс. В состав ее входят задающий генератор на неодимовом фосфатном стекле ГЛС-22 с пассивной синхронизацией мод 9  Рис. 1. Схема лазерной установки “Неодим”.

1 – задающий генератор; 2 – стретчер; 3 – регенеративный усилитель; 4 – предусилитель 6110 мм2; 5 – усилительный тракт из четырех усилителей; 6 – компрессор; 7 - фокусирующая система; 8 – юстировочный лазер; 9 – изоляторы Фарадея; 10 – ячейки Поккельса;

11 – частично пропускающее зеркало; 12, 13 – система измерения спектра чирпированного импульса; ADi – апертурные диафрагмы; Fi – вакуумные пространственные фильтры;

М – мишень; ВК – вакуумная камера; CCDi – ПЗС-матрицы.

и отрицательной обратной связью, стретчер на основе двух дифракционных голографических решеток и телескопа между ними, регенеративный и малоапертурный усилители на неодимовых фосфатных стеклах ГЛС-22. Дальнейшее усиление импульса происходит в четырехкаскадном усилительном тракте с периодической пространственной фильтрацией и ретрансляцией изображения пучка. Пучок с выхода усилительного тракта поступает на вход компрессора, который состоит из двух покрытых золотом голографических дифракционных решеток с размерами 200350 мм (1700 штр/мм). Компрессор работает в однопроходном режиме. Угол падения на решетки равен 65° и близок к углу Литтрова. Расстояние между решетками составляет 4 м для однопроходного режима работы компрессора. Эффективность компрессора составляет 80%.

На выходе компрессора проводились измерения энергии, длительности, спектра, контраста лазерного импульса (отношения интенсивности лазерного импульса к интенсивности предымпульса) во временном диапазоне от 1 пс до 20 нс и распределение излучения в ближней и дальней зонах. Система диагностики лазерного излучения состоит из измерителей энергии, автокоррелятора, спектроконтроллера, измерителей расходимости излучения, контроллера размера пятна фокусировки и измерителей величины контраста излучения для различных временных интервалов.

10  Генерируемое лазерное излучение установки “Неодим” характеризуется наличием предымпульсов двух типов: пикосекундной и наносекундной длительности. Наличие первого предымпульса связано с многопроходным характером усиления в регенеративном усилителе и конечным пропусканием ячейки Поккельса в таком усилителе. Предымпульс возникает за 13 нсек до основного импульса, имеет длительность 1.5 псек. Контраст лазерного излучения по интенсивности относительно первого предымпульса составляет величину 108.

Второй предымпульс является результатом люминесценции, усиленной в регенеративном усилителе и последующими каскадами лазерных усилителей.

Длительность предымпульса усиленной люминесценции составила 4 нс. Контраст лазерного излучения по интенсивности относительного второго предымпульса составляет величину 108.

Если не принимать специальные меры, возможно появление предымпульсов пикосекундной длительности за десятки пикосекунд перед основным импульсом. Причины их появления связаны с импульсами, возникающими при отражении от поверхности оптических элементов лазерной установки и с остаточными импульсами задающего генератора, совершившими полный обход по резонатору регенеративного усилителя. Для контроля величины предымпульсов за десятки пикосекунд перед основным импульсом и контроля качества лазерного пучка использовалась методика, основанная на регистрации спектра чирпированного импульса на входе и выходе усилительного тракта [6]. С помощью этой методики удается обнаружить такие предымпульсы, выявить причину их появления и убрать их, что было сделано на установке “Неодим”.

Результаты измерений показали, что на выходе установки лазерный пучок диаметром 120 мм имеет энергию импульса до 10 Дж при длительности 1.5 пс.

Лазерное излучение с выхода установки направляется в вакуумную мишенную камеру, где фокусируется на мишень под углом 40° к нормали мишени с помощью внеосевого параболического зеркала в пятно диаметром 15 мкм, обеспечивая при этом интенсивность на мишени на уровне 21018 Вт/см2.

При разработке системы диагностики лазерной плазмы использовался опыт создания методов диагностики высокотемпературной плотной лазерной плазмы в ведущих научных институтах России, таких, как Физический институт им.

П.Н. Лебедева РАН [7], Институт общей физики им. А.П. Прохорова РАН [8], ВНИИ физико-технических и радиотехнических измерений [9].

Система диагностики лазерной плазмы состоит из: рентгеновских спектрографов с пространственным разрешением 10 мкм и спектральным разрешением / не хуже 5000, высокочувствительного активационного детектора нейтронов на основе реакции 115In(n, )116In с чувствительностью для импульсного потока нейтронов с энергией 2.5 МэВ равной 5 отсчетов/(н/см2), двух детекторов нейтронов на основе Не счетчиков с чувствительностью регистрации нейтронов около 50%, детекторов нейтронного и -излучения на базе стильбеновых и пластмассовых сцинтиллятров с чувствительностью к -излучению с энергией E = 2.82 МэВ на уровне 10-9 (Клсм2)/квант и временным разрешением 10 нс, трековых детекторов CR-39 и рентгеновской стрик-камеры с временным разрешением 2 пс.

11  Система диагностики лазерной плазмы обеспечивает:

1. Регистрацию нейтронного излучения при выходе из источника 101 нейтронов за импульс.

2. Оценку энергетического распределения нейтронного излучения в диапазоне 100 кэВ 10 МэВ.

3. Регистрацию выхода и оценку спектра гамма-излучения с энергией свыше 100 кэВ.

4. Регистрацию и оценку энергетического распределения протонов и ионов;

5. Регистрацию спектрального состава рентгеновского излучения в диапазоне энергий от 0.6 кэВ до 5 кэВ.

6. Оценку пространственного распределения рентгеновского излучения на мишени с пространственным разрешением не хуже 10 мкм.

7. Измерение длительности мягкого рентгеновского излучения с энергией в диапазоне 0.1 10 кэВ с временным разрешением 2 псек.

Общая схема системы диагностики лазерной плазмы представлена на рис. 2.

Система регистрации  и обработки экспе риментальных дан ных (КРЕЙТКАМАКи,  цифровые осцилло графы, ПЭВМ)  Рис. 2. Общая схема системы диагностики лазерной плазмы М – мишень; ВК – вакуумная камера; О – окно вакуумной камеры; З – внеосевое параболическое зеркало; ЛИ – лазерное излучение; D1-D4 – сцинтилляционные детекторы нейтронов и -излучения; D5, D6 – детекторы нейтронов на основе гелиевых счетчиков; D7 – активационный детектор нейтронов; D8-D10 – трековые детекторы CR-39; D11 – рентгеновский спектрограф или стрик-камера. Детекторы D1 – D6, D8 – D10 расположены в плоскости XY.

Во второй главе представлены основные результаты по генерации быстрых заряженных частиц при взаимодействии интенсивных лазерных импульсов с твердотельными мишенями.

Целями проведения экспериментальных исследований было: 1) определение максимальной энергии быстрых электронов, протонов и ионов, температуры (средней энергии) электронов, протонов и ионов; 2) исследование ускорения протонов с передней поверхности мишени навстречу лазерному импульсу (т.е.

наружу мишени), ускорение протонов с передней поверхности вглубь ее и ус12  корение протонов с тыльной поверхности мишени (фольги) наружу; 3) исследование пространственного распределения пучков протонов, ускоренных с тыльной поверхности различных металлических фольг; 4) исследование возможности инициирования различных (, n), (p, n) ядерных реакций.

В качестве мишеней использовались плоские пластинки из Be, LiF, Ta, Cu, Ti, фторопласта толщиной от 1 мм до 30 мм и фольги из Al, Cu, Ti толщиной от 1 мкм до 100 мкм. Диагностика быстрых электронов осуществлялась по регистрации жесткого рентгеновского излучения плазмы.

Для исследования генерации МэВ-ных -квантов были выбраны фотоядерные реакции Be(, n)2 с пороговой энергией для -квантов 1.67 МэВ и Ta(, n)180Ta с пороговой энергией для -квантов 7.56 МэВ. Использовались два типа мишеней. Первая мишень представляла собой составную мишень из TaBe, состоящую из первичной Ta мишени толщиной 1 мм, в которой генерируются -кванты, и вторичной активационной мишени из Be толщиной 8 мм для инициирования Be(, n)2 реакции. Вторая мишень представляла собой пластину из Ta толщиной 30 мм, которая выполняла роль и первичной мишени для генерации -квантов, и вторичной для инициирования Ta(, n)180Ta реакции.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |






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