Введение к работе
Акіуоішносіь_іємьі^ Одной из актуальных задач современной лазерной физики является использование мощного лазерного излучения для получения и нагревания плазмы. Такой' повьи шинный интерес к ней обусловлен созданием управляемого' тер=-' моядерного синтеза, эффективных источников рентгеновского;-' нейтронного излучений, многозарядных ионов, лазеров на ; Шсн-гозарядных переходах, плазменных лазеров и др.
Следовательно, исследования ионизационных, рекомбина-цконных, ускорительных процессов в плазме, получаемой .излуч чением лазера, позволяют выяснить механизм разогрева плазмы до высоких температур и образования многозарядных ионов.' Образование и разлет многозарядных ионов в плазме, генериро-^ ванные мощным излучением лазера, сопровождаются сложными процессами, где определяющую роль играот такие явления' как ионизация атомов, рекомбинация, а также "закалка" ионизационного состояния. Особенно эффективное протекание "закалки" ионизационного состояния многозарядных ионов в плазме дает возможность зарегистрировать их на больших расстояниях относительно мишени. Отметим, что в случае моноэлементной мишени установлено сильное увеличение рекомбинационнъм "'-потерь для ионов с наиболее высокими кратностями заряда с Z>3, которые приводят к уменьшению их интенсивное, поэтому в масс-спектрах их интенсивность всегда меньше, чем у однозар-^ ядных.
Пути управления плотностями мощности излучения лазера' и'
і выбором различной мишени моноэлементного состава не далиу ожидаемого эффекта по уменьшению рекомбинационных' потерьгг' многозарядных ионов и, следовательно, увеличению их интен-^. сивности. Однако, с изменением угла падения, длины волны, и путем применения двухканального лазерного излучения удалось
1 уменьшить рекомбинационные потери многозарядных ионов в-мо^ ноэлементной лазерной плазме. Сравнительный анализ различ-
| НЫХ ТИПОВ ИСТОЧНИКОВ ИОНОВ, В ОСОбеННОСТИ МНОГОЗаряДНЫХ,'ПО-
I казывает перспективность применения лазерного источника ио-| нов в исследованиях по программе тяжелоионного инерциально-j го синтеза. Для этого необходимо, прежде всего, эксперимвн-
тально определить основные характеристики потока тяжелых : нов лазерной плазмы: длительность, величину ионных токе ''-другие: Исследования таких источников важны с точки зр ' использования их в ускорителях различных типов. Как пзі тно;.количество однозарядных ионов в моноэлементной ла?аі - плазме на 2-3 порядка больше, чем количество многоларя, ионов. Такая ситуация может приводить к нежелательном эф там в системе выделения многозарядного пучка, а также к регрузке ускорительной трубки током низкозарядных ионов, этой связи возникает проблема изменения первоначального рядового состава пучка перед входом в ускорительную тр; так, чтобы относительное количество многозарядных ионої пучке уменьшалось, а количество высокозарядных ионов ост; лось без изменений.
Одним из основных путей решения проблемы получения 1 гозарядных ионов с помощью излучения лазера является у< новление роли взаимного влияния ионов различных кратно< заряда и элементного состава в многоэлементной плазме. ( ременное состояние работ по изучению ионизационных прої сов в плазме, получаемой излучением лазера, показывает, в исследованиях проведенных в основном с использованием шени моноэлементного состава, не освещена роль взаимі влияния ионов различных элементов, одновременно участвуї в процессах ионизации, рекомбинации и "закалки". Из вьпш ложенного следует необходимость исследования ионизациоі процессов в лазерной плазме многоэлементного состава п; изучения зарядового состава, энергетического спектра, і менных, скоростных характеристик в широком интервале т метров излучения лазера, выяснения взаимного влияния и< различных элементов на характеристики многозарядных ионої Целью лисгертанионнпй. работы является зкеперименталі исследование физических процессов, приводящих к образов* многоэарядних ионов СШЮ из моио-С У, Си, Но, AD и четырех: ментных мишеней под воздействием излучения лазера с плоті тью мощности ^=109-1011 Вт/см2 и различных углах падения ча лазера на мишень (0^=18 и 0) и основанная на этом ра; ботка рекомендаций для повышения эффективности лазері масс-спектромйтрического метода анализа, способствующая !
тиранию функциональных возможностей.
Научная новизна диссертационной работы заключается в сле-дущем:
-
Впервые методом корпускулярной диагностики эксперимен-' тально исследовано влияние угла падения (#=18 и 0)'излуче^-ния лазера на формирование основных характеристик МЗIf:лазера ной плазмы. При этом установлен эффект увеличения интенсивности fколичества) МЗИ ( Z>2 ) if расширения их энергетического спектра, а также регулируемость количества ионов определенной кратности заряда.
-
Показано, что количество однозарядных ионов в 5-10 раз ; меньше, чем высокозарядных ионов, образованных излучением . лазера ИЛТИ-207, независимо от угла падения излучения лвзе^ : ра на поверхность мишени. Выявлена роль нагрева, ионизации и : "закалки" степени ионизации в образовании МЗИ излучением, ла-' : зера.
-
Впервые исследованы физические процессы приводящие к образованию МЗИ из мої ю- (Y, Си,Но,А1) и четырехэлементных мишеней под воздействием излучения лазера с плотностью мощности 0=10^-1011 Вт/см2. Получены основные характеристики МЗИ ( зарядовые, энергетические, временные, скоростные, пороговые и др) из четырехэлементной плазмы в зависимости- от плотности мощности излучения лазера при а:=0. Установлено уменьшение Zmax и Бпах ионов четырехэлементной плазмы относительно ионов моноэлементных в результате, потери их энергии на кулоновских столкновениях.
-
Выяснено, что при вхождении кислорода в четырехэлемен-тную мишень во внедренном состоянии ионы кислорода образуют^'; ся в результате перезарядки МЗИ тяжелых компонентов четырехэлементной мишени на нейтральном атоме газа. Выявлен пороговый характер образования ионов с ЪА из моно- (Y, Си, Но) и четырехэлементной мишени в зависимости от плотности мощности лазера, который имеет место при последовательном одноэ-лектронном механизме ионизации атомов (ионов) излучением'лазера.
Основные положения.выносимые на зашиту: 1. Разработанная экспериментальная установка, позволяющая получать лазерную многозарядную плазму при плотностяк
мощности лазера q=108 - 1011 Вт/см2, при углах падения излучения лазера оа=Оо и 18 осуществляет ввод излучения лазера в камеру и вывод потока ионов из камеры под углом о^=18 и
| 0, исследовать основные характеристики МЗИ с Z=l-6 из моно-
:::%и многоэлементной мишени, образованные излучением лазера.
''-f-V .,2. Экспериментально установленные явления увеличения интенсивности ( количества ) и энергии ионов А1 с Z>,1 при перпендикулярном падении излучения лазера С с/-0) относительно tf=18 на мишень. Предлагаемый механизм явления, который связан с использованием излучения лазера, кроме нагрева, ионизации зависит также от "закалки " степени ионизации плазмы. Результаты управляемости определенными кратностями заряда (Al+1) путем изменения от-лазера. Установлено, что количество однозарядных ионов в 5-Ю раз меньше, чем высокозарядных ионов, образованных излучением лазера ИЛТИ-207.
3. Результаты исследования зарядовых, энергетических, временных, скоростных, пороговых и других характеристик МЗИ : моно-С У, Си, Но, Al) и"четырехэлементных мишеней, образованных излучением лазера с q =10^-1011 Вт/см2 при дґ=0. Особенности образования зарядовых, энергетических, пороговых и других характеристик МЗИ четырехзлементной плазмы и предлагаемый механизм формирования и разлета МЗИ четырехзлементной лазер-
., ной плазмы. Пороговый характер образования ионов с Z>,1 из .четырехзлементной мишени в зависимости от плотности мощности .излучения лазера. Показано уменьшение Zmax u Emax ионов
; четырехзлементной плазмы относительно ионов моноэлементной лазерной плазмы.
Практическая ценность работы заключается в том, что по-
лученные направленные пучки ионов моно- и четырехэлементной лазерной плазмы могут быть положены в основу при разработке плазменных лазеров, лазеров на многозарядных переходах и генерации гармоник высокого порядка, а также эффективных лазерных источников многозарядных ионов, рентгеновских и нейтронных излучений, лазерно-энерго-масс-анализаторов веществ со сложным элементным составом. Также показана возможность создания излучением лазера остронаправленных пучков ионов с высокой интенсивностью и энергией. Это позволяет использовать их для различных технических и технологических примене-
ний, таких как: лазерное напыление тонких пленок, лазерная' закалка поверхностных слоев, определение радиационной стойкости и т.д.
Апробачия работы. Основные результаты, вошедшие в диссертацию докладывались и обсуждались: -на XIX Всесоюзной -конференции по "физике магнитных явлений" С Ташкент, 1991'г);"" -иа Научном семинаре НИИПФ ТашГУ СТашкент, 1994г.), -на научном семинаре УрГУ (Ургенч, 1994г.), -на VIII Международном " симпозиуме "Вторичная электронная фотоэлектронная эмиссия':,и спектроскопия поверхности твердого тела " (Ташкент, 1994г:):, -на I Международной конференции "новые материалы и приборы" (Ташкент, 1994г.).
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 12 печатных работах.
Личный вклад автора диссертационной работы состоит- в і^ззработке экспериментальной методики, получении и интерпретации экспериментальных результатов.
Структура и обт-ям диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и содержит 115 страниц машинописного текста, 30 рисунков и спи- , сок литрратуы из 125 наименований.
