Диссертация (1102719), страница 23
Текст из файла (страница 23)
В то же время, эффективность конверсии во всем диапазоне энергийрентгеновского излучения (до 30 кэВ), в случае молекулярных кластеров выше на порядок. Этосвидетельствует о том, что контраст характеристических рентгеновских линий (отношениеамплитуды линии к уровню тормозного фона) в случае использования молекулярных кластеровнемного хуже, чем контраст линий аргона.
Кроме этого, в оценке выхода рентгеновскогоизлучения может возникать дополнительная неточность, связанная с учетом интегральноговыхода рентгеновских квантов за лазерный импульс. На Рис. 4. 3а видно, что для энергий менее2 кэВ регистрируется сигнал малой амплитуды. При этом в данной области очень великопоглощение фильтров при учете которого, сигнал (в том числе и шумовой) экспоненциальновозрастает с уменьшением энергии кванта (Рис. 4. 3б). Особенно сильно это проявляется дляспектра из кластеров CF3I, т.к. в этом случае поглощение у подобранных фильтров былобольше. В результате, подсчет квантов для спектров кластеров SF 6 производился начиная сэнергий 2,2 кэВ, а в случае спектра CF3I – начиная с энергий 3,7 кэВ, поэтому оценкаэффективности преобразования и выхода рентгеновского излучения занижена.
Низкаяэффективность конверсии в характеристическую линии в случае смеси CF 3I-Ar (30:1)102свидетельствует о том, что данная концентрация смеси не является оптимальной длякластеризации молекул.Табл.4. 2. Выход рентгеновского излучения и эффективность его генерации для молекулярных и аргоновых кластеров при«высоком» контрасте лазерного излучения.СмесьВыход характеристическихЭффективность конверсии вквантов за импульсхарактеристическую линиюAr (35 атм)(9,5±2)·106(1,3±0,3)·10−6CF2Cl2-He (1:9, 30 атм)(2,7±0,4)·108(2,0±0,3)·10−5CF2Cl2-Ar (1:9, 30 атм)(9,1±1,4)·107(6,8±1)·10−6CF2Cl2-Ar (1:13, 34 атм)(6,9±1)·107(5,7±0,9)·10−6SF6-He (1:8, 30 атм)(2,0±0,3)·108(1,1±0,2)·10−5При улучшении контраста (наносекундный контраст 5·106, пикосекундный контраст106), выход характеристических рентгеновских фотонов и эффективность преобразования врентгеновское излучение (Табл.4.
2) вырастает на порядок для кластеров SF6 и достигает ~10-5.Для кластеров молекул CF2Cl2 получена эффективность 2,0∙10−5. Достигнутые максимальныевыход рентгеновских квантов и эффективность конверсии на порядок превышают выход иэффективность, полученные нами ранее для кластеров чистого аргона в сопоставимыхэкспериментальных условиях. Существенное возрастание эффективности взаимодействиялазерного излучения с кластерами при улучшении контраста происходит, вероятно, из-за того,что при низком контрасте предымпульс может взаимодействовать с кластерами, частично ихразрушая. В [153] было получено увеличение выхода рентгеновских квантов (для кластероваргона и криптона) также на порядок (с 1010 до 1011 фотонов/Дж) при улучшениипикосекундного контраста с 10−5 до 10−10.В последющей серии экспериментов были проведены сравнительные измерения длясмесей с различным газом-носителем – с аргоном и гелием.
Из Табл.4. 2 видно, что прииспользовании гелия в качестве буферного газа для кластеризующегося фреона, эффективностьконверсии лазерного излучения в характеристическое рентгеновское возрастает примерно вдвоеи достигает значения 2,0·10−5. Такая же высокая эффективность конверсии была получения идля смеси гексафториды серы с гелием (1,1·10−5). Более эффективная генерация рентгеновскогоизлучения при использовании гелия (а не аргона) в качестве буферного газа может быть связана103с тем, что некластеризованный гелий на переферии газокластерного пучка, в отличие от аргона,меньше поглощает рентгеновские кванты, сгенерированные в центре струи в кластерах.Можно дать грубую оценку снизу яркости источника, т.е. потока фотонов в секунду[через единицу телесного угла.
Яркость источника:выход фотонов за один лазерный импульс,][][ ][, где N – полный]– длительность рентгеновского импульса, S –площадь источника. Размер рентгеновского источника не был измерен в данных экспериментах,но в предположении, что он составляет 20 мкм, как в работе [161] при сопоставимых условиях,а длительность рентгеновского излучения – порядка 150 фс (как видно из рис. 3.13 дляаргоновых кластеров и будет позже показано для молекулярных кластеров, примерно «втораяполовина» лазерного импульса эффективно поглощается кластерами), выход рентгеновскогоизлучения в 2,7∙108 фотонов за лазерный импульс соответствует яркости источника~0,6∙1017 фот/с∙мм2∙мрад2.
Эта величина много меньше полученной в [161] (в этой работеяркость источника составила 2∙1021 фот/с∙мм2∙мрад2), при этом в [161] использовалисьаргоновые кластеры и лазерные импульсы с энергией и интенсивностью большими на двапорядка, чем у нас (E=800 мДж и I≈1018 Вт/см2).Сравнениежевыходарентгеновскихквантов,нормированногонаэнергиювоздействующего лазерного излучения, говорит в пользу того, что полученный в экспериментевыход рентгеновского излучения имеет рекордный характер. В работе [13], по всей видимости,представлен наиболее высокий из зарегистрированных выход рентгеновских квантов длянаноплазмыкластеров,которыйсоставляет2,5∙1011фот/Дж(приэффективностипреобразования энергии 10−4) при давлениях газа (аргон) 70 атм и интенсивности лазерногоизлучения 1020 Вт/см2.
Таким образом, полученные в наших экспериментах (при умереннойинтенсивности I≤1016 Вт/см2 и давлениях рабочего газа ≈30 атм) выход рентгеновских фотоновпорядка 108 (это соответствует выходу 2∙1010 фот/Дж при используемой энергии в лазерномимпульсе 5 мДж) и эффективность преобразования энергии (2±1)∙10−5, всего лишь на порядокниже аналогичных величин, полученных при релятивистской лазерной интенсивности идавлениях рабочего газа 70 атм.Следует отметить, что эффективная генерация линий хлора из плазмы хлор-содержащихмишеней может быть полезной для диагностики плотной термоядерной плазмы с временным испектральным разрешением, на что было обращено внимание в [222].
Как было отмечено в §2.1,в экспериментах по импульсно-периодическому лазерному воздействию на твердотельнуюмишень KCl, находящуюся в вакууме, эффективность генерации рентгеновского излучения изее микроканала составила ≈2∙10−6 при выходе около 2∙106 фот/имп в случае энергии Cr:F лазера1040,55 мДж и интенсивности I≈1016 Вт/см2. Таким образом, источник характеристическогорентгеновского излучения на линии 2,6-2,8 кэВ с использованием молекулярных кластеровCF2Cl2 явлется существенно болееэффективным при сходных интенсивностях лазерногоизлучения.
В [222] была получена сопоставимая с нашими данными (для кластеров фреона)эффективность генерации К-характеристического рентгеновского излученияхлора изтвердотельной мишени, которая составила порядка 10−5 при интенсивности как минимум надва порядка большей: I≥2∙1017Вт/см2.§4.3 Оптимизация управляющих параметров при регистрациирентгеновского излучения. Модификация спектра лазерного излученияпосле взаимодействия с газокластерной струейВ экспериментах, проводимых с молекулярными кластерами, проводилась оптимизациявыхода рентгеновского излучения, по методикам описанным в Главе 3.Было зарегистрировано, что основные значения параметров, подобранные приоптимизации выхода рентгеновского излучения из аргоновых кластеров, существенно неменяются для молекулярных кластеров (SF6, CF3I, CF2Cl2).
В случае оптимальной длительности(Рис. 4. 4), для смеси CF2Cl2-Ar она составляет порядка 250 фс, в то время как для аргона икластеров SF6 – около 300 фс. Выход рентгеновского излучения при оптимальной длительностидля различных знаков чирпирования различается в ≈1,5 раза. Оказалось, что знак оптимальногочирпирования зависит от контраста используемого излучения. Так, для «низкого» контрастаоптимальным является отрицательное чирпирование, а для «высокого» – положительное.ArSF6-ArCF2Cl2-HeY, о.е.1,00,50,0-5-4-3-2-1012345l, ммРис. 4.
4. Выход интегрального жесткого рентгеновского излучения (Y) из наноплазмы кластеров Ar (30 атм), SF6 (смесьSF6-Ar, 1:8, 30 атм) и CF2Cl2 (смесь CF2Cl2-He, 1:9, 20 атм) в зависимости от положения дифракционной решетки компрессора(l). Энергия в импульсе – 7,1 мДж.105Оптимальное положение вакуумного фокуса излучения – область переднего краягазокластерной струи.
На Рис. 4. 5 показан выход рентгеновского излучения для аргона исмесей при «низком» контрасте лазерного импульса для разных фокусирующих линз.1,0ArSF6-ArCF3I-Arf/200,01,03210-1-2-3-4f/110,50,0-5-6ось струиY, о.е.0,5лазер3210-1-2x, мм-3-4-5-6Рис. 4. 5.
Зависимость выхода жесткого рентгеновского излучения (Y) для аргона и смесей SF6-Ar (1:8, общее давление 26 атм)и CF3I-Ar (1:30, общее давление 35 атм) от положения вакуумного фокуса излучения относительно оси газокластерной струи(x).
Линза f/20 - верх, f/10 -низ.Энергия в импульсе – 5 мДж.Несмотря на то, что ширина распределения в при использовании линзы f/10 заметно уже,максимальные выходы рентгеновского излучения для обеих используемых смесей, практическиодинаковы.Периодически возникал «двугорбый» характер зависимости выхода рентгеновскогоизлучения от положения вакуумного фокуса излучения: наравне с вышеописаннымэкстремумом, появлялся второй пик, соответствующий еще большему удалению фокуса отпереднего края газокластерной струи (Рис. 4. 6).2200ArSF6-ArCF2Cl2-Ar2000180016001200ось струиY, о.е.140010008006004002000420-2-4-6-8ч, ммх, ммРис. 4. 6. Зависимость выхода жесткого рентгеновского излучения (X-ray) для аргона (30 атм, Е= 5мДж) и смесей SF6-Ar (1:8,общее давление 25 атм, Е= 5,5 мДж) и CF2Cl2-He (1:9, общее давление 30 атм, Е= 5 мДж) от положения вакуумного фокусаизлучения относительно оси газокластерной струи (x) для линзы f/20.106Данная аномалия была зафиксирована как для аргона, так и для молекулярныхкластеров, причем для лазерного излучения и с «низким» и с «высоким» контрастом.Соотношение максимумов могло варьироваться.
Зафиксированная аномалия может бытьсвязана с условиями развития филамента в газокластерной струе, которые, в свою очередь,определяются модой лазерного излучения, которая не контролировалась во время экспериментаи могла изменяться.Модификация спектра лазерного излучения в случае молекулярных кластеров SF6оказалась сходной с модификацией, зарегистрированной в случае аргоновых кластеров.Картина модификации спектров для кластеров SF6 была исследована более подробно вшироком диапазоне длительностей лазерного импульса и для различных знаков чирпа (Рис. 4.7).
При нулевом или малом чирпе (положение решетки в компрессоре до |0,75|), спектр сильномодифицирован, что происходит из-за самовоздействия лазерного излучения в газокластернойструе. При этом, его амплитуда сравнима с амплитудой опорного спектра, то есть поглощениелазерного излучения в этом случае несущественно. При больших значениях чирпа(т.е. длительности импульса), амплитуда модифицированного спектра уменьшается.7707807908008108208309.751.7506.751.45-0.754.751.25-1.253.751.05-1.752.750.75-2.252.350.35-2.752.05770780790800810, нм8208300770780790800810, нм820830-3.75760 770 780 790 800 810 820 830 840, нмРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
