Диссертация (1102719), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Рис. 3. 11б).Края газокластерной струи, показанные на фотографиях филаментов серыми линиями,являются геометрическим продолжением выходного отверстия сопла. Тем не менее,газокластерный пучок может выходить за эти края. В многочисленных работах показано, что насрезе конического сопла распределение частиц по сечению газокластерного потока однородно,формируя плато [121, 164]. При удалении от среза сопла, картина резко усложняется: численноеисследование процесса расширения газокластерного потока в вакуум на примере смеси молекулCO2 с гелием проведено в работе [213]. В процессе расширения газов в вакуум образуется волнадавления, направленная вбок от оси потока, под действием которого газокластерная средарасширяясь продолжает охлаждаться.
Эта волна искажает распределение по сечению всехкомпонентов смеси. Причем степень искажения оказывается зависящей от расстояния от срезасопла.Концентрации компонентов при этом монотонно спадают. Подтверждением этой93картины служат теоретические расчеты распределения концентраций мономеров и кластеров взависимости от расстояния, которые были проведены для атомов Ar и Kr [153]. Основныезакономерности качественно могут выполняться и для вышеописанного случая. Тогда, процесссамофокусировки будет инициироваться еще раньше, в области перед краем газокластернойструи.Выводы1.Создана экспериментальная установка, включающая узел генерации кластерного пучка(систему напуска газа, вакуумную систему), систему синхронизации оптического излучения икластерного пучка, а также оптическую схему. Экспериментальная установка позволяетосуществлять измерение поглощенной в кластерной наноплазме энергии лазерного излучения иего спектр, выход и спектр жесткого рентгеновского излучения из кластерной наноплазмы,регистрацию гармоник фемтосекундного лазерного излучения, а также регистрацию свеченияфиламента в кластерной струе в оптическом диапазоне.2.Измерена автокорреляционная функция второго порядка для используемого лазерногоизлучения и получена калибровочная кривая, для установления соответствия между величинойсмещения решеток в компрессоре и длительностью лазерного импульса.3.Установлены предельные значения длительностей и величин энергий, при которых, послепрохождения тракта схемы, не наблюдается существенного самовоздействия используемого вэкспериментах лазерного излучения.
Для энергии лазерного импульса 5 мДж, минимальнаядлительность лазерного импульса составляет 300 фс.4.Исследована взаимосвязь выхода интегрального рентгеновского излучения и коэффициентапоглощения энергии лазерного излучения в газокластерной струе от положения вакуумногофокуса лазерного излучения относительно оси струи. Обнаружено, что эти зависимости имеютсходный характер, максимальное поглощение лазерной энергии (составило более 60%)соответствует максимальному выходу рентгеновского излучения. Данные условия достигаютсяпри положении фокуса в области переднего края газокластерной струи.5.Проведена оптимизация выхода жесткого (>2 кэВ)генерируемого при воздействиирентгеновского излучения,фс-лазерных импульсов интенсивностью ≈1016 Вт/см2 накластеры аргона.
Оптимальными являются длительность положительно чирпированноголазерного импульса ≈300 фс и его фокусировка в область переднего края газокластерной струи,что находится в соответствии с известными литературными данными.6.Зарегистрировано, что при прохождении лазерного импульса через газокластерную среду,амплитуда спектральных компонентов его переднего фронта практически не меняется, в то94время, как амплитуда спектральных компонентов заднего фронта, приходящих через несколькосотен фемтосекунд, резко падает.
Это свидетельствует о том, что поглощение лазерной энергиипроисходит на заднем фронте лазерного импульса.7.Получены изображения плазменного филамента, образующегося при прохождениилазерного излучения через газокластерную струю, которые свидетельствуют о наличиипроцесса самофокусировки лазерного излучения.8.Установлено, что плазменный филамент многофокусную структуру при оптимальныхпараметрах лазерного излучения с низким контрастом (наносекундный и пикосекундныйконтраст Kns≈105, Kps≈2∙102): длительности положительно чирпированного лазерного импульса≈300 фс и его фокусировке в область переднего края газокластерной струи аргона линзами f/20и f/10, т.е. когда достигается максимальный выход жесткого (>2 кэВ) рентгеновскогоизлучения,генерируемогопривоздействиинагазокластернуюинтенсивным(I~1015-1016 Вт/см2) фс-лазерным излучением. При улучшении контраста лазерного излучения(Kns≈5∙106, Kps≈106), филамент в оптимальном режиме становится однофокусным.9.лазерногоУстановлено, что при распространении интенсивного фемтосекундного Ti:Saизлучения(I≈1016Вт/см2)вгазокластернойструеаргона,−5максимальнаяэффективность ГТГ составляет ≈5·10 , а зависимость от положения вакуумного фокусаизлучения относительно оси газокластерной струи имеет вид двугорбой кривой.95Глава 4.
Увеличение выхода рентгеновского излучения привоздействии фемтосекундного лазерного излучения (E≈5 мДж,I≈1016 Вт/см2) на кластеры многоатомных молекул. Детектированиесмешанных кластеров и получение двухэнергетичекого источникарентгеновского излученияДанная глава посвящена исследованию способов высокоэффективной генерациихарактеристического рентгеновскогоизлучениявдиапазоне2-5кэВприлазерномфемтосекундном возбуждении кластеров. Показано, что перспективной средой для наиболееэффективной конверсии энергии лазерного излучения в энергию рентгеновских квантовявляются крупные кластеры многоатомных молекул (SF6, CF3I и CF2Cl2), образующиеся вприсутствии легкого газа-носителя (аргона/гелия). Приводится характеризация таких смесей сиспользованием методики рэлеевского рассеяния и сравнительные исследования с аргоновымикластерами.
Обсуждается оптимизация различных параметров эксперимента и приводитсяисследование сопутствующих нелинейно-оптических эффектов: ГТГ и филаментации лазерногоизлучения в газокластерной струе. Обсуждается возможность использования сигнала ГТГ длядиагностики зоны горячей плазмы кластерной струи.
Исследуется возможность формированиясмешанных кластеров, состоящих из атомов и молекул и их детектирования по спектрурентгеновского излучения, генерируемого при лазерном возбуждении таких кластеров.§4.1 Выбор используемых смесей. Детектирование кластеризации с помощьюпироприэлектрического приемника и методом рэлеевского рассеянияВ качестве многоатомных молекул, которые могут образовать крупные кластеры, прилазерном возбуждении которых ожидается эффективная генерация рентгеновского излучения,были выбраны гексафторид серы, трифторйодметан и дифтордихлорметан (фреон R12) –соответственно, SF6, CF3I и CF2Cl2.
Эти молекулы обладают рядом особенностей по сравнениюс атомами.Во-первых, молекулярные газы имеют высокую теплоемкость за счет наличиявращательных степеней свободы инизколежащих колебаний молекул, это обеспечиваетэффективную их термализацию при добавлении инертного газа, что обсуждается в [214]. Прилазерной ионизации кластеров состоящих из таких молекул, начальная плотность свободныхэлектронов будет выше, чем в случае кластеров из инертных газов. Грубая оценка плотностиэлектронов может быть дана, исходя из эффективного объема, занимаемого одной частицей в96кластере, т.е. радиуса Вигнера-Зейтца [215].
Радиус Вигнера-Зейтца для кластеров некоторыхвеществ приводится в литературе. В случае отсутствия этих данных, его можно оценить, знаяразмер кластера и количество частиц в нем, или, исходя из макроскопических параметров⁄вещества. В [216] радиус Вигнера-Зейтца вводится как, где v0 – атомный объем.т.о. rw – это сфера объема, который занимает частица. Для кластера атомов/молекул в [98, 215]( ) , где Nрадиус Вигнера-Зейтца был связан с числом частиц в кластере и его радиусом:– число частиц в кластере, а r0 – его радиус.
Также, можно выразить rw через плотностьмакроскопической системы:()⁄, где ma – масса одного атома, а ρ-плотностьвещества.В случае аргона ((;из макроскопических параметров следует,)),, что подтверждается в [122], гдеприведен rw=0,221 нм.Для SF6 (;()N=1,2∙106 молекул), из макроскопических параметровкластеров [14], а из данных о размере. Из экспериментов по электронной дифракции [14]Для CF3I (),; r0=30 нм,;(.).Для CF2Cl2 (;()[217]),.Таким образом, объем элементарной яйчейки в молекулярном кластере (SF6, CF3I иCF2Cl2) всего лишь в два раза меньше объема атомарной, при этом в молекулярной ячейкенаходится 5-7 атомов (7 в случае SF6 и 5 в случае CF3I и CF2Cl2), а в атомарной - один.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
