WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

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

Влияние наносекундного предымпульса на нейтронный выход может быть обусловлено рядом эффектов, среди которых наиболее существенным представляется рассеяние основного лазерного импульса на плазме, образованном предымпульсом из-за вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюена (ВРМБ). Результаты проведенных экспериментальных исследований по влиянию предымпульсов различной длительности на выход нейтронов при инициировании D(d, n)3He реакции в лазерной пикосекундной плазме достаточно хорошо согласуются с результатами численного моделирования процессов взаи27  модействия пикосекундных лазерных импульсов с мишенями с учетом влияния предымпульсов, выполненных с помощью программы RAPID-SP [17].

Кроме твердотельных (CD2)n – мишеней мы использовали также мишени из дейтерированного пенополиэтилена с плотностью = 10 40 мг/см3.

На рис. 16 представлены результаты экспериментов с использованием пенных дейтерированных мишеней. При проведении экспериментов меняли контраст K1 относительно пикосекундного предымпульса c 104 до 109 при постоянном наносекундном предимпульсе с К2 = 109. Оказалось, что при I = 21018 Вт/см2 на пенных дейтерированных мишенях генерируются нейтроны с максимальным выходом на уровне 105, близким к выходу на твердотельных (CD2)n мишенях. Но в отличие от твердотельных (CD2)n – мишеней с плотностью 1 г/см3 выход нейтронов на пенных мишенях существенно зависит от контраста K1 относительно пикосекундного предымпульса. Уже при контрасте К1 <107 (т.е. при интенсивности предимпульса больше порога плазмообразования) выход нейтронов резко падает и равен 0 при К1 = 104. В свою очередь, коэффициент отражения начинает резко возрастать при К1 < 107. Такое поведение Рис. 16. Зависимость выхода нейтронов Yn от величины контраста K1 при K2 = 109 (а) и зависимость R от K1 (б). Мишень – (CD2)n, 1040мг/см3.

может быть обусловлено тем, что при интенсивности предымпульса больше порога плазмообразования начинает сказываться унос материала. Действительно, размер фокальной перетяжки лазерного пучка составляет около 10 мкм и если унос материала превысит это значение, то интенсивность основного лазерного импульса на поверхности мишени будет падать.

В разделе 4.4 приведены результаты анализа по оптимизации выхода перспективных ядерных реакций синтеза.

Как известно, ускорение частиц, ответственных за ядерные реакции, определяется параметрами лазерного излучения и мишени [28*]. К таким параметрам относятся: интенсивность, длина волны, длительность и поляризация лазерного импульса, контраст, определяющий параметры преплазмы, состав и структура мишени, геометрия экспериментов и т.д. Следовательно, этими же параметрами будет определяться и выход ядерных реакций синтеза.

Действительно, при увеличении интенсивности c 1018 Вт/см2 до уровня 1019 1020 Вт/см2 на два-три порядка возрастает количество быстрых частиц и на один-два порядка возрастает эффективная температура быстрых частиц. Как 28  показывают наши оценки, выход перспективных ядерных реакций синтеза в таком случае может увеличиться на три-четыре порядка.

Как следует из сравнения данных, приведенных в литературе [18], с результатами наших экспериментов, выход ядерных реакций синтеза D(d, n)3He возрастает более чем на порядок при увеличении длительности лазерного импульса с фемтосекундного (50 160 фс) до пикосекундного (1.3 1.5 пс) диапазона длительностей, а уменьшение длины волны лазерного излучения с 1.06 до 0.8 и 0.53 мкм приводит к уменьшению выхода ядерной реакции синтеза D(d, n)3He.

Выход нейтронов уменьшается при наличии предымпульса пикосекундной длительности с интенсивностью более 1013 Вт/см2 и при наличии предымпульса наносекундной длительности с интенсивностью более 1012 Вт/см2. Искажение спектра чирпированного импульса после прохождения усилительного тракта может значительно уменьшить выход ядерной реакции синтеза D(d, n)3He.

Что касается поляризации лазерного импульса и геометрии воздействия, то результаты наших экспериментальных исследований показывают, что максимальный выход ядерной реакции синтеза D(d, n)3He достигается при использовании р-поляризации лазерного импульса и угле падения лазерного излучения на мишень, равном 40° ± 10°. Переход на s-поляризацию лазерного импульса уменьшает выход данной ядерной реакции синтеза примерно в 2 раза.

Использование двухслойных мишеней из (CD2)n толщиной 20 и 100 мкм с зазором 40 мкм увеличивает выход реакции D(d, n)3He на порядок.

Увеличить выход перспективных ядерных реакций синтеза можно также при оптимизации состава и структуры мишени.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы работы.

Основные результаты и выводы:

В диссертации решена актуальная научная проблема – инициирование перспективных ядерных реакций синтеза при взаимодействии интенсивных лазерных импульсов с твердотельными мишенями, имеющая большую научную, практическую значимость и народнохозяйственное значение. Основные полученные в диссертации результаты сводятся к следующему.

1. Разработан и создан специализированный лазерный комплекс для исследования перспективных ядерных реакций синтеза в лазерной плазме, состоящий из модернизированной пикосекундной лазерной установки «Неодим» 10 ТВт мощности, обеспечивающей интенсивность лазерного излучения на мишени 21018 Вт/см2, системы диагностики параметров лазерного излучения и системы диагностики лазерной плазмы.

2. Разработаны, созданы и отработаны методики проведения экспериментов по исследованию перспективных ядерных реакций D(d, n)3He, Li(d, )4He, 3 11 He(d, p)4He, B(p, 3), Li(p, )4He в лазерной пикосекундной плазме на основе измерения количества и энергии нейтронов, протонов и -частиц – продуктов выхода данных ядерных реакций.

3. Доказана возможность инициирования перспективных ядерных реакций 6 3 11 синтеза D(d, n)3He, Li(d, )4He, He(d, p)4He, B(p, 3), Li(p, )4He при взаимодействии лазерных импульсов с интенсивностью I = 21018Вт/см2 с 29  твердотельными мишенями. Выход продуктов ядерных реакций синтеза составил 103 105 частиц в полный телесный угол за один лазерный импульс.

Теоретически рассчитанные выходы данных реакций синтеза с использованием модели пучок–мишень находятся в разумном соответствии с экспериментальными результатами.

4. Обнаружено влияние предымпульсов различной длительности на выход нейтронов при инициировании ядерной реакции синтеза D(d, n)3He в лазерной пикосекундной плазме на поверхности твердотельной ( 1 г/см3) (CD2)n мишени. Показано, что пикосекундный предымпульс, опережающий основной на 13 нс, уменьшает выход нейтронов при интенсивности предымпульса более 1013 Вт/см2, а наносекундный предымпульс – при интенсивности более 1012 Вт/см2. Максимальный выход нейтронов с энергией 2.45 МэВ составил 105 нейтронов в полный телесный угол за один импульс.

5. Обнаружено влияние пикосекундного предымпульса, опережающего основной на 13 нс, на выход нейтронов при инициировании D(d, n)3He ядерной реакции в лазерной пикосекундной плазме с использованием малоплотных ( = 10 40 мг/см3) мишеней из дейтерированного пенополиэтилена. Показано, что пикосекундный предымпульс уменьшает выход нейтронов при интенсивности предымпульса более 1011 Вт/см2. Максимальный выход нейтронов с энергией 2.45 МэВ составил 105 нейтронов в полный телесный угол за один лазерный импульс.

6. Обнаружено влияние спектрального состава усиливаемого чирпированного лазерного импульса на выход нейтронов при инициировании D(d, n)3He реакции в лазерной пикосекундной плазме. Показано, что в случае искажения спектра лазерного импульса в процессе усиления, вследствие развития мелкомасштабной самофокусировки и/или наличия предымпульсов пикосекундной длительности за десятки пикосекунд до основного импульса, выход нейтронов в лазерной плазме уменьшается.

7. На основе экспериментальных и теоретических исследований показано, что при оптимизации параметров лазерного импульса по интенсивности, длине волны, длительности, поляризации, контрасту, параметров мишени и геометрии эксперимента можно увеличить выход ядерных реакций синтеза на несколько порядков.

8. Показано, что в плазме, создаваемой пикосекундным лазерным импульсом с интенсивностью 21018 Вт/см2, генерируются электроны и -кванты с максимальной энергией около 7.5 МэВ, узконаправленные пучки протонов с максимальной энергией 5 МэВ и температурой свыше 100 кэВ. Наиболее эффективно процесс ускорения протонов происходит в случае ускорения протонов с тыльной стороны поверхности мишени наружу, при этом существует оптимальная толщина Al мишени, равная 10 мкм, при которой генерируются протоны с максимальной энергией 5 МэВ. Пучки протонов распространяются по нормали к мишени и угол отклонения протонов уменьшается для протонов большей энергии, при использовании мишеней с большей толщиной и с большим атомным номером атомов мишени.

30  9. Показано, что при взаимодействии интенсивных (21018 Вт/см2) пикосекундных лазерных импульсов с твердотельными мишенями реализуются условия для инициирования фотоядерных реакций Be(, n)2, Ta(, n)180Ta с пороговыми энергиями для -квантов, равными 1.67 МэВ и 7.56 МэВ соответственно, и реакций, инициируемых при воздействии быст7 63 рых протонов Li(p, n)7Be, Cu(p, n)63Zn, Ti(p, n)48V с пороговыми энергиями для протонов, равными 1.88 МэВ, 4.1 МэВ и 5 МэВ соответственно.

10. Сравнение наблюдаемых доплеровских контуров спектральных линий ионов фтора при различных интенсивностях лазерного излучения позволяет сделать вывод о том, что начиная с интенсивности 1018 Вт/см2 в распределении ионов по энергиям образуется интенсивный «хвост», отвечающий генерации быстрых ионов с энергией до 1.4 МэВ и температурой 350 кэВ. Обнаружено также направленное движение быстрых ионов вглубь мишени, зарегистрированное прямыми измерениями красного смещения доплеровского профиля лаймановской линии водородоподобного иона фтора.

11. Зарегистрированы спектры многозарядных ионов фтора в плазме пикосекундных лазерных импульсов умеренной интенсивности (около 1017 Вт/см2), свидетельствующие о наличии сильных плазменных колебаний с частотой, заметно меньшей частоты лазерного излучения. Положение сателлитов и расстояние между ними позволило связать их с интенсивными электростатическими колебаниями с амплитудой E = (46)108 В/см и частотой вблизи = (0.71.0)1015 с-1.

Список основных публикаций 1*. Matafonov A.P., Belyaev V.S., Golovin A.F., Kolyadin S.A. Spectroscopic Diagnostics of a Magnesium Plasma Produced by Short Laser Pulses // Laser Physics, v.3, No.5, p.1024-1029 (1993).

2*. Матафонов А.П., Федюшин Б.Т., Головин А.Ф., Беляев В.С. Пороги плазмообразования при облучении твердых мишеней лазерными импульсами -длительностью ~ 10 и 10-10 с (длина волны = 1,06 мкм) // Квантовая электроника, т.25, №6, с.550-554 (1998).

3*. Беляев В.С., Виноградов В.И., Курилов А.С., Матафонов А.П., Пакулев А.В., Яшин В.Е. Использование метода спектральной интерферометрии чирпированных импульсов для измерения параметров излучения сверхкороткой длительности // Квантовая электроника, т.30, №3, с.229-235 (2000).

4*. Горбачев С.Ф., Матафонов А.П., и др., Компактный УФ спектрометр для зондовых исследований верхних слоев атмосферы // Оптический журнал, т.67, № 3, с.74-79, (2000).

5*. Матафонов А.П., Колесников В.Н., Павлычева Н.К., Рахимов З.В., Фуников А.Н., Поляниченко А.В., Южакова И.П., Компактный спектрометр “Сириус-УФ” // Журнал Наука производству, ФИАН, № 12(37), с.14-(2000).

6*. Bryunetkin B.А., Belyaev V.S., Matafonov А.P., Demchenko N.N., Rozanov V.B., Vergunova G.А., Ivanov E.M. Radiative losses of the plasma at the inter31  action of ultra-short laser pulse with matter // Jorn. of Russian Laser Research, v.22, No.5, p.383-402 (2001).

7*. Fournier K.B., A.Ya. Faenov, T.A. Pikuz, I.Yu. Skobelev, V.S. Belyaev, V.I.

Vinogradov, A.S. Kyrilov, A.P. Matafonov, I. Bellucci, S. Martellucci, G. Petrocelli, T. Auguste, S. Hulin, P. Monot, and P. D’Oliveira. Influence of optical thickness and hot electrons on Rydberg spectra of Ne-like and F-like copper ions // Phys. Rew. E, v.67, p.016402 (2003).

8*. Магунов А.И., Пикуз Т.А., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я., Беляев В.С., Виноградов В.И., Курилов А.С., Матафонов А.П. О роли предымпульса при нагреве твердотельных мишеней мощным пикосекундным лазерным импульсом // ЖЭТФ, т.123(5), с.1019-1026 (2003).

9*. Fournier K.B., Faenov A.Ya., Pikuz T.A., Magunov A.I., Skobelev I.Yu., Belyaev V.S., Vinogradov V.I., Kyrilov A.S., Matafonov A.P., Flora F., Bollanti S., Lazzaro P.Di., Murra D., Reale A., Reale L., Tomassetti G., Ritucci A., Francucci M., Martellucci S., Petrocelli G. Identification and precise wavelength measurements of high-n transition in N-, O- and F-like Zn ions // J. Phys. B: At.

Mol. Opt. Phys. v.36, p.3787-3796 (2003).

10*. Fourier K.B., Faenov A.Ya., Pikuz T.A., Skobelev I.Yu., Flora F., Bollanti S., DiLazarro P., Murra D., Grilli A., Reale A., Tomasetti G., Ritucci A., Belucci I., Martellucci S., Petrocelli G., Auguste T., Hilin S., Monot P., D’Oliveira P., Belyaev V.S., Vinogradov V.I., Kyrilov A.S. and Matafonov A.P. Rydberg transition in the spectra of near-neon-like Cu and Zn ions in different laser-produced plasmas: Observation and modeling // J. of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, v.81, p.167-182 (2003).

11*. Беляев В.С., Виноградов В.И., Курилов А.С., Матафонов А.П., Лисица В.С., Гавриленко В.П., Фаенов А.Я., Пикуз Т.А., Скобелев Ю.И., Магунов А.И., Пикуз С.А. мл. Плазменные сателлиты рентгеновских спектральных линий ионов в плазме твердотельных мишеней, нагреваемых пикосекундным лазерным импульсом // Письма в ЖЭТФ, т.78, вып.11, с.1216-(2003).

12*. Fourier K.B., Faenov A.Ya., Pikuz T.A., Magunov A.I., Skobelev I.Yu., Flora F., Bollanti S., DiLazarro P., Murra D., Belyaev V.S., Vinogradov V.I., Kyrilov A.S. and Matafonov A.P. Analysis of high-n dielectronic Rydbrg satellites in the spectra of Na-like Zn XX and Mg-like Zn XXI // Phys. Rev. Е. v.70, p.(2004).

13*. Беляев В.С., Виноградов В.И., Курилов А.С., Матафонов А.П., Андрианов В.П., Игнатьев Г.Н. Генерация нейтронов в лазерной пикосекундной плазме при интенсивности излучения 1017 Вт/см2 // ЖЭТФ, т.125, вып.6, с.12951301 (2004).

14*. Беляев В.С., Виноградов В.И., Курилов А.С., Матафонов А.П., Лисица В.С., Гавриленко В.П., Фаенов А.Я., Пикуз Т.А., Скобелев И.Ю., Магунов А.И., Пикуз С.А. мл. Плазменные сателлиты рентгеновских линий ионов в пикосекундной лазерной плазме // ЖЭТФ, т.126, вып.4(10), с.819-(2004).

15*. Матафонов А.П. Плазменные сателлиты спектральных линий ионов в пикосекундной лазерной плазме // Труды VIII Международной научно32  технической конференции “Оптические методы исследования потоков”, Москва, с.474-477 (2005).

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






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