Диссертация (1102719), страница 25
Текст из файла (страница 25)
4. 16. Спектры рентгеновского излучения смесей: (а) SF6-Ar (1:8, 30 атм); (б) SF6-He (1:8, 30 атм).В результате, спектр рентгеновского излучения из смеси с гелием практическиполностью совпал со спектром из смеси с аргоном. Это в совокупности с тем обстоятельством,что гелий не кластеризуется при комнатной температуре (кластеризация гелия происходиттолько при его предварительном охлаждении до 5-10 К [128]), говорят о том, что причинавозникновения пика в области 3 кэВ заключена не в аргоне. Это подтверждает сделанный ранеевывод о том, что кластеризации аргона в смеси SF6-Ar с концентрацией 1:8 не происходит.Следует отметить, что в случае смешанных кластеров, состоящих из молекул SF6 иатомов аргона, ядро кластера будет содержать молекулы, в связи с тем, что их энергия связибольше, чем у атомов; это остается верным и для молекул фреона (ε(SF6)=0,25 эВ,ε(CF2Cl2)=0,23 эВ, ε(Ar)=0,08 эВ [183]).
Сходные исследования рентгеновских спектров с точкизрения образования смешанных кластеров были проведены для смеси фреона CF2Cl2 с газомносителем (аргон, гелий). На Рис. 4. 17 представлен рентгеновский спектр для смесей CF2Cl2-Arи CF2Cl2-He с концентрацией 1:9.1151,00,5А, о.е.а)0,02,53,03,54,01,00,5б)0,02,53,03,54,0Е, кэВРис. 4. 17. Спектр рентгеновского излучения смесей: (а) CF2Cl2-He (1:9, 30 атм), энергия в импульсе – 5,8 мДж; (б)CF2Cl2-Ar (1:9, 30 атм), энергия в импульсе – 7,4 мДж.На этом спектре можно различить пик, соответствующий характеристическим линиямхлора (Kα=2,6 кэВ, Kβ=2,8 кэВ).
Также на данном спектре, опять, слабо проявляется наличиесигнала в области 3,2 кэВ (в этой области лежат характеристические линии многозарядныхионов аргона [223]), но в связи с тем, что спектр рентгеновского излучения смеси CF2Cl2-He,идентиченспектруCF2Cl2-Ar,данныеквантыявляютсятормознымфоном,анехарактеристической линией аргона.Очевидно, для того, чтобы аргон начал кластеризоваться, следует увеличить егоконцентрацию в смеси. На Рис. 4. 18б представлен спектр рентгеновского излучения смесиCF2Cl2-Ar в концентрации 1:32.
Для наглядности на этом рисунке также изображен спектр тойже смеси в концентрации 1:9 из Рис. 4. 17б.1161,00,5А, о.е.0,0а)2,53,03,54,01,0Ar0,5б)0,02,53,03,54,0Е, кэВРис. 4. 18. Спектры рентгеновского излучения смеси CF2Cl2-Ar с различной концентрацией: (а) 1:9; (б) 1:32.Стрелкой указана область, в которой наблюдаются принципиальные отличия между этими спектрами –появлениехарактеристической линии аргона. Энергия в импульсе – 7,4 мДж.При увеличении концентрации газа-носителя в смеси, в спектре появляютсяхарактеристические рентгеновские кванты в области 3 кэВ («Kα-линии» многозарядных ионоваргона).
Данный результат является признаком образования смешанных кластеров.Проводя аналогию с двухкомпонентными смесями, можно ожидать, что добавление ещеболее легкого газа, например гелия, в смесь CF2Cl2-Ar, приведет к релаксации аргона, т.е. гелийбудет играть роль газа-носителя для аргона, также как аргон является газом-носителем дляфреона. Кроме этого, гелий будет являться и дополнительным релаксантом по отношению кмолекулам.
Таким образом, это приведет к формированию смешанных кластеров с большейконцентрациейаргонаиможнобудетожидатьроствыходахарактеристическогорентгеновского излучения аргона, что скажется на его соотношении с характеристическимпиком фреона. На Рис.
4. 19 изображены спектры рентгеновского излучения двух- итрехкомпонентных смесей при постоянных общем давлении 25 атм и концентрации смесиCF2Cl2-Ar 1:33. При накоплении каждого спектра, на спектрометр устанавливалась диафрагмадиаметром 170 мкм, спектрометр располагался на расстоянии 2,5 см от выходногобериллиевого окна вакуумной камеры. Время накопления спектров варьировалось в пределах2500-3500 секунд.1171,01,52,030CF2Cl2-Ar201-332,53,03,54,04,55,0а)1030020CF2Cl2-Ar-He;1-33-17б)A, отсчеты1003020CF2Cl2-Ar-He;1-33-30в)1020015CF2Cl2-Ar-He;101-33-74г)520015CF2Cl2-Ar-He;101-33-144д)501,01,52,02,53,03,54,04,55,0E, кэВРис.
4. 19. Спектры рентгеновского излучения смесей CF2Cl2-Ar-He (концентрация смесей указана на графиках) сразличным парциальным давлением гелия: а) 0 атм; б) 8 атм; в) 12 атм г) 17 атм д) 20 атм. Энергия в импульсе –7 мДж.Как и ожидалось, для трехкомпонентной смеси наблюдается увеличение выходахарактеристического рентгеновского излучения аргона относительно фреона при добавлении внее гелия. Это свидетельствует о возрастании концентрации атомов аргона в смешанныхкластерах.
В связи с тем, что в экспериментах общее давление смеси было ограничено 25 атм,добавление гелия снижало суммарное давление кластерообразующих компонентов (молекулфреона и атомов аргона) при сохранении отношения их парциальных концентраций. Приувеличении парциального давления гелия до 17 атм и более, амплитуда линии аргонасравнивается и становится впоследствии больше амплитуды линии хлора.Есть идополнительная возможная причина относительного роста характеристической линии аргонапри добавлении гелия в смесь.
Характеристическое рентгеновское излучение, сгенерированноев кластерах, может поглощаться некластеризованными частицами, которые, вероятно,сосредоточены в периферийных областях струи. Если некластеризованная фракция струисостоит в основном из атомов гелия, то поглощение рентгеновского излучения (в том числе ирезонансное поглощение) в этом случае будет менее интенсивным, чем в случае, если впериферийной области струи будут находиться атомы аргона.118Тенденцию изменения выхода рентгеновских квантов характеристических линий хлора иаргона (в диапазоне 2,4-2,8 кэВ и 2,8-3,2 кэВ соответственно) для смеси CF2Cl2-Ar-He (общеедавление 25 атм) в зависимости от парциального давления гелия при неизменной концентрацииCF2Cl2-Ar 1:33 демонстрирует Рис. 4. 20.ClAr74,0x1073,5x10Q, кванты73,0x1072,5x1072,0x1071,5x1071,0x1010121416182022P(He), атм.Рис. 4.
20. Выход рентгеновских квантов характеристических линий хлора и аргона (Q) из смеси CF2Cl2−Ar−He(общее давление 25 атм) в зависимости от парциального давления гелия (P(He)) при неизменной концентрацииCF2Cl2−Ar 1:33. Энергия в импульсе – 7 мДж.Видно, что существует некоторая критическая область давлений гелия в смеси, когдарезко увеличивается выход рентгеновского излучения на линиях аргона, что можетсвидетельствовать не только о росте «аргоновой рубашки» на смешанных кластерах фреона, нои появлении «свободных» кластеров аргона.Вскоре после получения и публикации вышеописанных результатов, вышла работа[224], в которой исследовались особенности формирования смешанных молекулярныхкластеров при добавлении к кластеризующимся компонентам гелия. Таким образом, методика,основанная на использовании тройных газовых смесей, т.е. на добавлении к используемымсмесям легкого термализующего газа гелия, была также использована и подтверждена ееправомерность.Выводы1.Правомерность ранее сформулированных критериев выбора кластеризующихся сред дляэффективной генерации жесткого рентгеновского излучения была продемонстрирована напримере смесей молекул SF6, CF3I и CF2Cl2 с газами- носителями Ar и He.
Обнаружено, что прииспользовании в качестве кластеризующейся среды смесей газов многоатомных молекул саргоном (SF6-Ar и CF3I-Ar в пропорции 1:8 и 1:15 соответственно и давлении порядка 20 атм),119генерация характеристического рентгеновского излучения происходит эффективнее ((6±2)∙106 и(9±2)∙106 фотонов за лазерный импульс соответственно, с эффективностью преобразованияэнергии (5±1)∙10−7 и (7±2)∙10−7) по сравнению с использованием кластеров чистого аргона((1,4±0,9) ∙106 фотонов/имп, эффективность - (1,3±0,9) ∙10−7), полученных при сходныхэкспериментальных параметрах, при энергии лазерного импульса 5 мДж (интенсивностьI≈8∙1015 Вт/см2) и его нано- и пикосекундным контрастом соответственно 105 и 2∙102.
Контрастхарактеристических рентгеновских линий (отношение амплитуды характеристической линии ктормозному фону) в случае использования смесей (энергии линий ES(Kα)=2,3 кэВ, ЕI(Lα)=4 кэВи ЕI(Lβ)=4,2 кэВ) составляет ≈10. Зарегистрировано, что при повышении нано- ипикосекундного контраста лазерного излучения до 106, достигается эффективность генерациирентгеновского излучения (1,1±0,2)·10−5 и (2,0±0,3)·10−5 (при выходе (2,0±0,3)·108 и(2,7±0,4)·108 фотонов за лазерный импульс) для смесей SF6-He (1:8, 30 атм) и CF2Cl2-He (1:9,30 атм).2.Проведена оптимизация выхода жесткого (>2 кэВ)генерируемого при воздействиирентгеновского излучения,фс-лазерных импульсов интенсивностью ≈1016 Вт/см2 нагазокластерную струю, состоящую из смеси SF6-Ar (1:8, 20 атм), СF3I-Ar (1:15, 20 атм),CF2Cl2−Ar/He (1:9, 30 атм).
Установлено, что значение оптимальных параметров и поглощениелазерной энергии для используемых смесей и аргона совпадают в пределах погрешности.Оптимальными являются длительность положительно чирпированного лазерного импульса≈300 фс и его фокусировка в область переднего края газокластерной струи (линзами f/d =10 илиf/d=20).
Спектр лазерного излучения, прошедшего через кластеры SF6 имеет сходныемодификации со спектром лазерного излучения, прошедшего через кластеры аргона.3.Получено, что при давлении смеси SF6-Ar около 20 атм, выход жесткого рентгеновскогоизлучения,генерируемого16привоздействиинаэтусмесьфс-лазерныхимпульсов2интенсивностью ≈10 Вт/см , испытывает насыщение.4.Показано, что зависимость выхода рентгеновского излучения от энергии Ti:Sa лазерногоизлучения на длине волны 0,8 мкм для газокластерной смеси SF6-Ar (1:8) имеет нелинейныйхарактер в измеренном диапазоне энергий 1-5 мДж (вакуумная интенсивность находится впределах 10 ПВт/см2) и описывается степенной зависимостью с показателем степени 3/2.5.Установлено, что при распространении интенсивного фемтосекундного Ti:Sa лазерногоизлучения (I≈1016 Вт/см2) в газокластерной струе смеси газов SF6-Ar в точках локальногомаксимума выхода рентгеновского излучения сигнал третьей гармоники испытывает локальныйминимум.
Данный эффект может быть использован с целью диагностики области120высокотемпературной плазмы в газокластерной струе с помощью сигнала третьей гармоникилазерного излучения, при различных положениях его фокуса.6.Получены изображения плазменного филамента, образующегося при прохождениилазерного излучения через газокластерную струю смесей SF6-Ar, СF3I-Ar и CF2Cl2-He.Изображения свидетельствуют о наличии процесса самофокусировки лазерного излучения.Также как и в случае кластеров аргона,для «низкого» контраста лазерного излучения,филамент имеет многофокусную структуру (показано на примере SF6-Ar, СF3I-Ar), а для«высокого» - однофокусную (показано на примере CF2Cl2-He).7.Обнаружено, что при воздействии интенсивного фемтосекундного лазерного излученияна газокластерную струю SF6-Ar (1:8), в спектре рентгеновского излучения отсутствует линияаргона, что подтверждается полученными сходными спектрами для смеси SF6-He (1:9)исвидетельствует об эффективной кластеризации гексафторида серы и отсутствии кластеризацииаргона.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
