Особенности формирования плазмы на поверхности расплавленных металлов сверхинтенсивным фемтосекундным лазерным излучением (1104157)
Текст из файла
На правах рукописиМОРШЕДИАН НАДЕРОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛАЗМЫ НА ПОВЕРХНОСТИ РАСПЛАВЛЕННЫХМЕТАЛЛОВ СВЕРХИНТЕНСИВНЫМ ФЕМТОСЕКУНДНЫМ ЛАЗЕРНЫМИЗЛУЧЕНИЕМСпециальность 01.04.21 – лазерная физикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква - 2008Работа выполнена на кафедре общей физики и волновых процессов физическогофакультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,доцент Савельев-Трофимов Андрей БорисовичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наукРомановский Михаил Юрьевичкандидат физико-математических наукЕрёмин Николай ВладимировичВедущая организация:Объединенный институтвысоких температур РАНЗащита состоится “19” июня 2008 года в __18:30__ часов на заседании диссертационногосовета Д 501.001.31 при Московском государственном университете имени М.В.
Ломоносовапо адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ, д.1, стр.62, корпус нелинейнойоптики, аудитория им. С.А. Ахманова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова.Автореферат разослан “_15_” мая 2008 года.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.001.31кандидат физ.-мат. наук, доцентТ.М.
Ильинова2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыСоздание лазерных систем сверхсильного светового поля «настольного типа»,генерирующих импульсы длительностью от 20 фс до 1 пс с энергией от единицмиллиджоулейдонесколькихджоулейоткрылоновыеперспективыкакдляфундаментальных исследований (релятивистская и аттосекундная лазерная физика,нелинейная квантовая электродинамика, ядерная физика), так и в области прикладных наук.Сверхинтенсивное лазерное излучение позволяет получать сверхсильное световое поле(при интенсивности I≥1016 Вт/см2 напряженность светового поля превышает напряженностьвнутриатомного в атоме водорода Еa>109 В/см). В таком режиме взаимодействия оказываетсявозможным изучать фундаментальные свойства вещества в сильно неравновесных,экстремальных состояниях, проводить ядерно-физические эксперименты, а также достичьсубпико- и аттосекундного временного разрешения при исследовании временной динамикипроцессов.
На данный момент существенныйинтерес для практических примененийпредставляет диапазон интенсивностей от 1016 Вт/см2 до 1017 Вт/см2. Одной из важных иперспективных задач в данном контексте исследований является возможность созданиянового поколения источников излучения сверхкороткой длительности в ВУФ, рентгеновскоми гамма-диапазонах спектра.Лазерно-плазменные источники рентгеновского и корпускулярного излучения внастоящее время активно исследуются с точки зрения возможности их применения в самыхразличных задачах, требующих импульсного излучения с малой длительностью и/иливысокойспектральнойяркостью.Ктакимзадачамможноотнестидиагностикубыстропротекающих процессов рентгеновскими методами, получение изображений вжесткомрентгеновскомдиапазонедлямедициныиматериаловедения,ионнуюимплантацию, создание «затравочных» пучков для электронных и ионных ускорителей,импульсную нейтронную диагностику и т.д.Физическиепроцессы,сопровождающиепоглощениеэнергиивеществомпривоздействии на него сверхкоротким лазерным импульсом, приводят к формированию плазмыс уникальными характеристиками.
Уже при интенсивностях на уровне 1016 –1017 Вт/см2помимо столкновительных механизмов поглощения световой энергии, формирующихтепловойэлектронныйкомпонентплазмыпроявляютсядополнительныебесстолкновительные механизмы, формирующие так называемый, горячий электронныйкомпонент со средней энергией, на один - два порядка превосходящей среднюю энергиютепловых электронов. Именно горячий электронный компонент представляет наибольшийинтересдляисследователей,поскольку онответственен3за генерациюжесткогорентгеновского излучения, появление быстрых протонов, высокозаряженных ионов и другиеэффекты.Контраст фемтосекундного лазерного импульса, т.е.
наличие коротких предымпульсов,либо протяженного пьедестала, существенным образом влияет как на режим формированияплазмы в целом, так и на генерацию горячего электронного компонента плазмы. Вчастности, при изменении контраста может быть достигнута эффективная оптимизациярентгеновскоговыходаизмишениисреднейэнергиигорячихэлектронов.Эффективность процессов, приводящих к генерации горячих электронов также зависит отнаправления поляризации: генерация горячих электронов в нерелятивистском режимевзаимодействиявозможнатолькоприр-поляризацииоптическогоизлученияотносительно поверхности плоской мишени.Традиционно в экспериментах по формированию плазмы фемтосекунднымлазерным излучением используются твердотельные мишени, пучки атомных кластеров,микрокапли и струи жидкости.
Кроме того, в качестве мишени может быть использованаповерхность жидкости. Такой вариант мишени представляет существенный интерес,поскольку поверхность жидкости способна восстанавливаться после лазерноговоздействия, исключая тем самым необходимость непрерывного смещения мишени. Этооткрывает интересные перспективы при создании плазменных источников с высокойчастотой следования импульсов вплоть до нескольких кГц.В выполненных ранее работах была показана принципиальная возможность созданиярентгеновского источника с использованием мишени в виде жидкого (расплавленного)металла, продемонстрирована его высокая стабильность на протяжении нескольких часовнепрерывной работы.
В тоже время, вопрос о возможности оптимизации параметров такогоисточника не исследовался. В первую очередь, решение этого вопроса связано с выяснениемфизических особенностей во взаимодействии фемтосекундного лазерного импульса сжидкой мишенью, в том числе роль контраста импульса, его поляризации и др.Такимобразом,цельюнастоящейдиссертационнойработыявилосьэкспериментальное выявление особенностей взаимодействия фемтосекундного лазерногоимпульса с интенсивностью до 1017 Вт/см2 с поверхностью различных расплавленныхлегкоплавких металлов. В рамках настоящей диссертации проведен комплекс исследованийплазмы, создаваемой фемтосекундным лазерным излучением с интенсивностью 1016–1017 Вт/см2 и частотой следования импульсов 10 Гц, с применением рентгеновских, ионных иоптических методов исследования.
Основное внимание уделено особенностям формированиягорячего электронного компонента плазмы, ответственного за генерацию жесткогорентгеновского излучения и появление быстрого ионного компонента, при изменении4ключевыхпараметров,влияющихнагорячийэлектронныйкомпонент:контрастфемтосекундного лазерного излучения и поляризация этого излучения. В качестве жидкоймишени в работе используются легкоплавкие металлы (галлий, индий, висмут) притемпературах, превышающих температуру плавления.Научная новизна1. Экспериментально обнаружен ряд особенностей во взаимодействии сверхинтенсивногофемтосекундного лазерного излучения (энергия импульса 1 мДж, длительность импульса 50фс, расчетная интенсивность до 1017 Вт/см2) с поверхностью расплавленных металловгаллия, индия и висмута:– выход жесткого рентгеновского излучения и средняя энергия горячих электроновсущественно возрастают при ухудшении наносекундного контраста от 4х106 до 100 и ниже,причем получаемые величины существенно превышают оценки, выполненные в рамкахмеханизма резонансного поглощения лазерного излучения.
Максимальные значения этихвеличин для мишени галлия при температуре свыше 400 К достигаются при контрасте 30-70;– напротив, энергия на единицу заряда быстрых и медленных ионов, зарегистрированныхвдоль нормали к поверхности мишени, уменьшается с ухудшением контраста лазерногоизлучения;– эффективность генерации К-альфа излучения галлия (10.2 кэВ) достигает максимума в2.5х10-4 при том же значении контраста, что и выход жесткого рентгеновского излучения вцелом;– для s- и p- поляризованного излучения выход тормозного рентгеновского и К-альфаизлучений, средняя энергия горячих электронов и ионные энергетические спектры дляконтраста ниже 160 в пределах ошибки измерения совпадают.2. Экспериментально продемонстрирована возможность получения тяжелых многозарядныхионов галлия и индия с энергией свыше 1 МэВ при взаимодействии с поверхностьюрасплавленного металла фемтосекундного лазерного излучения интенсивностью порядка5х1016 Вт/см2 и контрастом по интенсивности свыше 106.Научная и практическая ценностьИспользование в качестве мишени для формирования горячей плотной плазмы свободнойповерхности расплавленных металлов открывает возможность создания источниковрентгеновского излучения, быстрых ионов, γ-квантов, нейтронов и т.п.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
