Диссертация (Моделирование и оптимизация лазерно-плазменных источников корпускулярного и электромагнитного излучения), страница 29

14 при W  Wc неизменяется.4.3.4 ВыводыПостроена математическая модель движения водного столба надпаровой полостью с учетом временной эволюции давления в ней.Показано, что расчетное полное время перемещения водного столба tmax,сопровождающего воздействие лазерного импульса на закрытуюповерхность воды, близко к временному интервалу  между пиками ЭС.224Следовательно, большое время существования паровой полости послеуменьшения давления в ней до атмосферного обусловлено инерциейдвижения водного столба, приобретающего скорость в начальной фазерасширения полости.4.4. Выводы Главы 4.Разработана математическая модель и проведено численноемоделирование эффекта генерирования электрических импульсов в водевзакрытойкюветеинфракрасногопридиапазонаеесоблученииплотностьюлазернымэнергииизлучениемнижепорогаплазмообразования.

Показано, что амплитуда электрического импульса,обусловленноготермодиффузионнымразделениемпродуктовдиссоциации молекул воды при ее лазерном нагреве, в отсутствиевзрывного вскипания воды не превышает десяти милливольт. В случаевозникновения взрывного вскипания и формирования паровой полости,напряженность электрического поля в которой в десятки раз больше,чем в окружающей жидкости, амплитуда электрического импульсадостигает сотен милливольт.Проанализированадвухпичковаявременнаяструктураэлектрического сигнала, генерируемого при воздействии импульса HFлазера на донную поверхность кюветы с водой, в то время как верхняяповерхностьводногостолбаостаетсясвободной.Построенаматематическая модель движения водного столба над паровой полостью,возникающей в результате взрывного вскипания воды вблизи днакюветы, с учетом временной эволюции давления в ней. Полученохорошее согласие расчетного полного времени движения водного столбасэкспериментальноизмереннымвременныминтерваломмеждупичками.225ЗАКЛЮЧЕНИЕВдиссертациирешенаактуальнаянаучнаяпроблема–моделирование неупругих процессов при интенсивном лазерномвоздействии на вещество, имеющая большую научную, практическуюзначимость и народнохозяйственное значение.Выводы диссертационной работы:1.

Проведен подробный анализ задачи о движении релятивистскойзаряженнойчастицывполеплоскоймонохроматическойэлектромагнитной волны. Показано, что движение частицы представляетсобой наложение дрейфа с постоянной скоростью и колебательногодвижения с частотой, отличающейся от частоты поля. Найдена точнаязависимость частоты колебаний частицы и скорость ее дрейфа отамплитуды поля, поляризации и начальных условий. Вычисленысредние (по периоду колебаний частицы) значения скорости, импульса иэнергии частицы.2. В адиабатическом приближении получено аналитическоерешение уравнений движения релятивистской заряженной частицы вплоской квазимонохроматической волне.

Найдены выражения дляусредненных по периоду колебаний частицы ее координат, скорости,импульса, энергии, а также средней силы, действующей на частицу.Численно решена задача о релятивистском движении заряженнойчастицы в плоской квазимонохроматической электромагнитной волне.Проведеносравнениерезультатовчисленногосоответствующими результатами, полученнымирасчетасаналитически. Изанализа проведенного сравнения найден критерий применимостиадиабатического приближения в зависимости от интенсивности идлительности электромагнитного импульса.3. Для задачи о взаимодействиифемтосекундного лазерногоимпульса с интенсивностью I 0  2 1018 Вт/см2 и длительностью (FWHM)226235 фс с алюминиевой мишенью микронной толщины, на фронтальнойповерхности которой присутствует слой водородной предплазмы,проведено подробное сравнение результатов расчета PIC- методом саналитическими моделями и экспериментальными данными [31].Показано, в частности, что в первые 500 фс лазерного воздействиясветовое давление может быть наиболее эффективным механизмомускорения протонов предплазмы вглубь мишени.4.

Рассчитан выход нейтронов при воздействии фемтосекундныхлазерных импульсов на мишени из дейтерированного полиэтилена вдиапазоне энергий лазерного излучения 0.2 - 20 Дж. Использованиеподхода, в котором из первых принципов вычисляется вероятность актаDD- реакции на каждом шаге по времени для каждого дейтрона впроцессе самосогласованного PIC –моделирования, позволило получитьрезультаты,находящиесяэкспериментальнымивлучшемданными,чемсогласиирезультатысимеющимисясоответствующихрасчетов, выполненных ранее другими авторами [35]. Показано, что приоблучениимишенейфемтосекунднымиизлазернымидейтерированногоимпульсамиполиэтиленавыходслоистыхнейтроновувеличивается более чем в 20 раз по сравнению со случаем сплошныхмишенейзасчетформированиявобъемеслоистоймишенидополнительных разнонаправленных потоков ускоренных дейтронов,отсутствующих в случае сплошной мишени.5.Проведеномоделированиегенерациигамма-квантовтормозного излучения при облучении мишени из золота толщиной 0.5мкм фемтосекундным лазерным импульсом с интенсивностью 1021Вт/см2.

Показано, что средняя энергия электронов оказывается в десяткираз больше средней энергии генерируемых ими гамма- квантов.Получена аппроксимационная формула, устанавливающая взаимнооднозначное соответствие между этими величинами. Исследованыугловые распределения электронов и гамма-квантов. Показано, что227угловое распределение только высокоэнергетичных гамма-квантовповторяет угловое распределение электронов, покидающих мишень.6. Проведено рассчетно- теоретическое исследование лазерноплазменныхисточниковкорпускулярногоиэлектромагнитногоизлучения, возникающих при воздействии фемтосекундных лазерныхимпульсов с интенсивностью порядка 1021 Вт/см2 на мишени издейтерида палладия микронной толщины. Учитывались процессыгенерации гамма- квантов тормозного излучения при кулоновскомрассеянииускоренныхэлектронов наядрахпалладия,реакциифоторасщепления дейтронов гамма- квантами, ядерные реакции синтезадейтронов.Исследованыэнергетическиеспектры,длительность,интенсивность потоков нейтронов, возникающих в ходе реакцийфоторасщепления и синтеза дейтронов в зависимости от толщинымишени и интенсивности лазерного импульса.

Получены максимальныезначения плотностей потоков нейтронов до 1024 н/(с·см2), что нанесколько порядков превышает значения, характерные для нейтронныхисточников не лазерных типов.7. Разработана математическая модель и проведено численноемоделирование эффекта генерирования электрических импульсов в водевзакрытойкюветеинфракрасногопридиапазонаеесоблученииплотностьюлазернымэнергииизлучениемнижепорогаплазмообразования. Показано, что амплитуда электрического импульса,обусловленноготермодиффузионнымразделениемпродуктовдиссоциации молекул воды при ее лазерном нагреве, в отсутствиевзрывного вскипания воды не превышает десяти милливольт.

В случаевозникновения взрывного вскипания и формирования паровой полости,напряженность электрического поля в которой в десятки раз больше,чем в окружающей жидкости, амплитуда электрического импульсадостигает сотен милливольт.228Список публикаций автора по теме диссертации1)С.Н. Андреев, В.П.

Макаров, А.А. Рухадзе, "О движениизаряженной частицы в плоской монохроматической электромагнитнойволне", Квантовая электроника. 2009. Т. 39. с. 682)С.Н. Андреев, Ю.И. Еремеичева, В.П. Макаров, А.А. Рухадзе, "Одвижении заряженной частицы в плоской квазимонохроматическойэлектромагнитной волне", Препринт ИОФ РАН № 3, 2013 г.3)С.Н.

Андреев, В.П. Макаров, А.А. Рухадзе, "Движение электрона вквазиплоской и квазимонохроматической электромагнитной волне",Инженерная физика. 2012. № 4. с. 64)S.N. Andreev, V.P. Makarov, A.A. Rukhadze, "Average force acting onmatter in strong laser fields", Problems of atomic science and technology.2010. V. 68 . Issue 4. p. 2405) С.Н. Андреев, В.П. Макаров, А.А.

Рухадзе, «Средние силы,действующие на вещество в сверхсильных лазерных полях», Сборникдокладов IV Всероссийской школы студентов, аспирантов, молодыхученых и специалистов по лазерной физике и лазерным технологиям, г.Саров, 2010 г., с. 466)C.Н. Андреев, Ю.И. Еремеичева, В.П. Тараканов, «О движениизаряженнойчастицывплоскойквазимонохроматическойэлектромагнитной волне», Сборник докладов V Всероссийской школыстудентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов по лазернойфизике и лазерным технологиям, г. Саров, 2011 г., с.

1157)C.Н.Андреев,А.А.Самохин,"Релаксациявансамблеограниченных кулоновских пар", Краткие сообщения по физике ФИАН.2001. № 6. с. 248)С.Н. Андреев, А.А. Рухадзе, А.А. Самохин, “О “метастабильной”плазме”, Квантовая электроника. 2001. T. 31. с. 8459)С.Н. Андреев, А.А. Рухадзе, В.П. Тараканов, Б.П. Якутов,"Моделирование ускорения протонов при облучении майларовой229мишенифемтосекунднымилазернымиимпульсами",Квантоваяэлектроника. 2010. Т. 40. с. 6410)С.Н. Андреев, В.П. Тараканов, «Ускорение электронов и протоновв сверхсильном лазерном поле: расчеты и модели», Физика плазмы.2009. Т. 35. с.

109411)С.Н. Андреев, В.П. Тараканов, " PIC-моделирование ускорениязаряженных частиц в сверхсильном лазерном поле", Учебное пособие"Специальные разделы физики" под ред. Н.Г. Гусейн-заде, изд. МГТУМИРЭА, М., 2011 г. , с. 10212)С.Н. Андреев, Ю.И. Еремеичева, В.П. Тараканов "Отражениесверхинтесивногофемтосекундноголазерногоимпульсаотоколокритической плазмы", Инженерная физика. 2013. №5. с. 4013)С.Н. Андреев, Ю.И. Еремеичева, В.П.