Отзывы оппонентов (Моделирование и оптимизация лазерно-плазменных источников корпускулярного и электромагнитного излучения)

ОТЗЫВ ОФ? ??~ИАЛЬНОГО ОППОНЕНТА на диссертацикз Андреева Степана Николае~и~~ «МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ЛАЗЕРНО-ПЛАЗМЕ??ИЫХ ИСТОЧНИКОВ КОРПУСКУЛЯРНОГО И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ» представченну1О на соискание ученой степени доктора физико"математических наук по специальности 0Е04.21 «Лазерная физика» Для разрабОТКН новых и Оптимизации существугощнх лазерно- плазменных источникОВ корпускулярногО и электромагнитногО излучения необходимы современные теоретические Модели процессов, протекаьэщих при взаимодействии интенсивных короткодействуищих лазерных импульсов с плазмой.

Наиболее распространенным и информативным Методом теоретического исследОВания таких процессОВ яВляется численное модели?зование методом «крупных частиц». Помимо численных расчетов, разрабатывиотся также простьге аналитические МОдели, позволяющие Оцени*гь Вклад различных физических механизмов в процесс лазерного ускорения заряженных частиц и, тем самым„улучшить понимание результатОВ расчетов, а также лазерно- плазменных процессоВ В целОМ. Во многих работах на первом этапе этим методом моделируется ВоздеЙствие интенсивного Лазерного излучения на мишень, и Вйчислякзтся функции распределения ускоренных электронов и ионов в образовавшейся релятиВистскоЙ лазерной плазме. Затем, эти функции распределения использукзтся В качестве начальных условий В Методе Монте-Карло.

моделирузогцем протекание ядерных реакций и других процессов в мишени при распространении в ней потоков заряженных частиц. Недостаток какого традиционного подхода состоит в том, что он не позволяет самосогласованно учесть влияние электромагнитных полей на движение заряженных частиц и веществе, а также влияние нагрева вещества, обусловленного этим ДВижением, на прОтекание указанных прОцессоВ. Целью даннОЙ диссертационноЙ раооты является построение новых расчетно-теоретических моделей Взаимодействия интенсивного лазерного излучения с веществом, В которых учитываются процессы генерации гамма- квантОВ тОрмОзнОГО излучения ускОренными электрОнзми при их рассеянии на атомных ядрах мишени, многократная полевая ионизация атомов мишени, ядерные и фотоядерные реакции, для разработки новых и оптимизации суц<ествующих лазерно-плазменных источников корпускулярного и ЭЛЕКТРОМЗГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.

Научная новизна диссертационной работы состоит В том, что найдена зависимость частоты колебаний релятивистской заряженной частицы и скорость ее дреЙфа В ПЛОТСКОЙ монохромзтическоЙ Электромагнитной Волне от амплитуды поля, поляризации и начальных условий. Исследована динамика формирования импУльсов нейронов, Образу>ОГцихся В результате ВзаимодеЙствия разнонаправленных потоков дейтронов при Оолученин фемтосекундными лазерными импульсами с интенсивностью 10 — 10' 5 Вт,'см слоистых мишенеЙ МикронноЙ толщины из дейтерировзнно~ О полиэтилена.

ПроведенО моделирОВание Генерации гамма- квантов Тормозного излучения при облУчении Мишени из ~олота толщин~Й 0,5 мкм фсмтосекундным Лазерным импульсом с интенсивностьк> порядка 10 Вт<'см, Показано, что средняя энергия электронов оказывается в десятки раз больше средней энергии Генерируемых ими Гамма-квантов. Рассчитаны Величины элект1>ических импульсОВ, Возникз>ощих В Воде В кювете при ее облучении лазерными импульсами инфракрасного диапазона с плотностью энергии ниже порога плазмообразования.

Показано, что амплитуда электрического импульса, обусловленного термодиффузионным разделением прОдуктОВ диссоциации молекул ВОды при ее лазернОМ наГреве, В ОтсутстВис Взрывного вскипания воды не превышает десяти милливольт. Для задачи о взаимодействии фемтосекундного лазерного импульса с интенсивностью 7„=2 10' Вт/см и длительностью 235 фс с алюминиевой мишенью микронной толщины, на фронтальной поверхности которой уже присутствует слой водородной плазмы, проведено подробное сравнение результатОВ расчета метОДОМ «крупных частиц» с аналитическими моделями и экспериментальными данными. Показано, в частности, что в первые 500 фс лазерного воздействия световое давление может быть наиболее эффективным механизмом уско)эения протонов плазмы ~глубь мишени.

Б адиабатическом приближении получено аналитическое решение уравнений движения релятивистской заряженной частицы в плоской квазймонохроматической волне. Найдены выражен~~ для усред~~~~~~ по периоду колебаний частицы ее координат, скорости, импульса, энергии, а также средней силы, действующей на частицу. Численно решена задача о релятивистском движении заряженной частицы в плоской квазимонохроматическоЙ электромагнитной волне. Проведено сравнение результатов численного расчета с соответствующими результатами, полученными ана г и тически Из анализа проведенного сравнения найден критериЙ применимости адиабатического приближения в зави~имо~ти от интенсивности и длительности электромагнитного импульса.

Я хотел бы сделать общее замечание по поводу применимости адиабатического приближения, широка использованного автором диссертации. Есть два варианта реализации адиабатического приближения, В первом ва1эианзе (так называемое адиабатическое приближение Бориа-Фока, см, параграф 31 в учебнике Л, Шиффа «Квантовая механикав, М., ИЛ, 1957) ищется первая поправка к невозмущенной волновоЙ функции по параметру адиабатичности, а затем вычисляется интеграл. Конечно, вторая поправка к невозмущенному решению по параметру аднабатичности мала по сравнению с первоЙ. Но ~осле вычисления интеграла она может быть вполне сопоставима с первой поправкой, если интегрирование приводит к экспоненциально малым величинам.

Во втором, более сложном для реализации, варианте 1так называемое адиабатическое приближение ЛандауДыхне, см, параграф 53 в учебнике Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшица «Квантовая механика, М., Наука, 1989) этот недостаток отсутствует, так как адиабатическое приближение проводится путем учета особых точек комплексноЙ плоскости времени. Указанием на всю сложность данноЙ В.П. Край нов Д ф -~~'.'=':КуДдзВ~~М~д д р П рь Х~фЩ",'';",'.:-.' "::,',«':,': .,"-:-,'":;,''," Ю,и.

Скал ько ПРоф., секрета Под Учд пись ный проблемы служит, например, примечание к задаче 2 параграфа 126 учебника ЛД. Ландау и Е.м. Лифшица «Квантовая механика„М., Наука, 1989, где рассматривается рассеяние на зкспоненциальном потенциале в борновском приближении, и авторы пишут, что они не в состоянии полностью решить указанную задачу даже в борновском приближении. Частично зта проблема разбирается в книге В.А.

Коварского и др, «Многоквантовые процессы», М., Энергоатомиздат„1985. В целом мое з~м~чан~~ своди~ся к тому, что ~ало~т~ поправки к подынтегральному Выражению не ВсеГда означает малости поправки к самому интегралу, когда речь идет об злектромагннтных импульсах с Гладкими фронтами. Указанное замечание не умаляет высокого уровня диссертации С.Н, Андреева, ВьшОлненной на самОм сОВременнОм научном урОвне и имеющей оольшое пракз ическое значение для многочисленш «х задач Где Обсуждается мОделироВание лазерных истОчникОВ электрОмаГнитнОГО излучения. Материалы диссертации опубликованы в достаточно большом числе ведущих отечественных и зарубежных рецензируемых журналов и неоднократно дОкладывались на международных конференциях. Автореферат диссертации полностью соответствует ее содержанию.

Несомненно, С,Н. Андре~в заслуживает присуждения ему ученОЙ степенн дОктора физикО-математических наук по специальности: лаз~рная физика. отзыв омщнАльного оппнвнтА Матафанова Ан»талии Петровича на днсеертациоипуи) раба.)у Андреева Степана Николаевич» и» тему «Моде))ированне н аптимизапия лазерно-плазменных источников корпускулярного н электромагнитного излучения» па специальное~и 01.04,21 (Лазерная физика), представленну)о на соискание ученой степени доктора физика-математических наук Актуальность темы, Создание в последние десятилетия лазерных установок. ОснОВаиных на принципе усиления чирпирОВанпых фемтО-, пикосекундных лазернь1х импульсов привелО к реализации таких условий и режимОВ ВаздейстВия интенсиВЛОГО лазерного излучения на газовые, кластерные и твердотельные мип)ени, при которых в аоразук)ц)ейся реля!Ивнстскои лазерной плазме происходи) эффективное формирование патакОВ вь)сОка))нерГетичпых .)лектраиав и ИОИОВ.

ВзаимодейстВие этих пОтОкОВ друГ с другом и с веществам мнщени обеспечивает протекание различных неупругнх процессов, таких как генерация гамма- квантов тормозного излучения. ршлнчные ядерные н фатоядерные реакции. Фактически, релятивистская лазерная плазма является тем уникал)н)лм абьектам, котарьгй пазволяез в лабораторных условиях моде))ировагь н Весле)1овагь экстремальные состояния вещества, характерные для задач неуправляемого и управ!П)смога термоядерного синтеза„лабарато1)иай астрофи)ики н тр.

Кроме та)О, релятивистс1ия ла)ерная плазма явлж".Гся перспективным исГОчинком кОрпускулярнОГО и электромагнитного ~злуч~~и~, Востребованным В раж)ичных приложениях. Таких как, адронная терапия, дезактивация ядерных отходов, нейтронная спектроскопия. Диссерттц1ия Андреева С.Н.

Пас»я)цена ращении) проолем моделирования и Оптимизации лазерно"плазмсинь)х источников кОрпускулярно)а и электромаГпитна1'а излучения. Поэтому тема диссертационной работы Андреева С.Н. являегся ак)уальной. В диссертации получены научные результаты, обладаннцие новизной, к наиболее важным из которых относятся: !.Найдена точная зависимост), частоты колебаний релятивистской зараженной час)ицы н скорость ее дрейфа в плоской манахраматнческай электромагнитной волне ОГ амплитуды пОля. поляризации и иачальных условии.

Показана, чта движение частицы В волне с медленна меняк)щейся амплитудой приближенна описывается формуламн для движения частицы в мопохроматической волне с заменой в ннх постоянной амплитуды поля на его амплитуду в ~о~~с ~а~~жд~ни~ ча~~ип~. и найден критерий применимости данно! О приближе))ия. 2. Численно исследована динамика формирования импульсов нейтронов„ абразукпцихся в результате Взаимодсйсгвия разнонаправленных потоков дсйтроиов при облучении фемтасекунднымн лазерными импульсами с интенснвностыа 10 -- 10 Втйсм слоистых мишеней микронной толщины из дсйтерироваиного полиэтилена. Найдены оптимальные параметры слоистой мишени, позволяющие увеличить выход нейтронов более чем в 20 раз по сравнению со случаем силовой мишени. 3. Рассчитаны параметры нейтронных импульсов, формиру1ощихся в результате воздействия фемтосекуидньгх лазерных импулы.ов с интснсивио~тькз по1зядка 10 Взлом иа микронные мипгени из дейтерида палладия. Получены нейтронные импульсы д~ите~~~о~~~ю Около 100 фс с ма~си~ал~н~ми з~а~ен~~~~ плотностей нейтронов до 10 и/(с см'), что на нескол~ко порядков выше значениЙ., характе1зных для современных нейтронных источников не лазерных типов.