Введение к работе
. Актуальност^теШі Исследование лазерной плазмы является * нестоящее время интенсивно развивавшейся областью современной фізики. Среди наиболее актуальних проблем з данной области значительное место занимают лучевая энергетика, связанная (. трансформацией световой энергии в электрическую, лазерное ускорение заряженных частиц, лазерный термоядерный синтез. Напрямую связанной с решением подобных проблем является изучение злвкгронагнигннх полей и токов в лазерной плазме, что обуславливает достаточно большое количество публикаций на эту тему.
Уже в одной из первых работ /I/, посвященных исследованию оптического пробоя воздуха, сообщалось о наблюдении электричэского дипольного момонта лазерной искры. Вскоре в экспериментах с; лазерной искрой /2/, а затем и при лазерном облучении твердой мишени /3/ были зарегистрированы магнитные поля Еблизи плазмы. Эти работы вызвали значительный интерес к изучению магнитных полей плазмы, особенно, в связи с их возмоним -влиянием на физику лазерного термоядерного синтеза.
Измеренные значения магнитных полей в плазме при интенсив-ностях греющего излучения і - І015 Вт/см2 достигают величин порядка нескольких мегагаусс, а величина токов в плазмо превышаот 250 кА. Наличие нвгагауссных полей приводит к существенному влиянию на процессы теплопереноса в плазме, динамику развития плазмы и эффективность энерговклада в мишень, а такав эффективность поглощения лазерного излучения и генерацию различных видов неустойчивос-тей. Кроме того, меняются спектральные характеристики излучения плазмы из-за Зеемановского расщепления спектральных линий. Все эти и многие другие аспекты влияния магнитных полей могут оказаться принципиально ванными при решении раз-тачных задач фізики взаимодействия высокоинтенсивного лазерного излучения с плазмой, о
частности, для проблей лазерного териоядерного синтеза. В связи с этим исследование закономерностей и механнзиов генерации электри-ческиї, магнитных полей и токов в лазерной плазме приобрели в настоящее время большую актуальность.
Следует отметить, что исследование лазерно-плазиенной генерации токсв представляет большой самостоятельный интерес в связи с возможностью использования подобных токов для прямого преобразования лазерной анергии в слектричество. В последнее время этой проблеме уделяется больше внимание в связи с возможностью эффективной передачи энергии лазерным луяом на большие расстояния в космоса и атмосфере. Лазерно-индуцированные токи могут быть использованы и для возбуждения высокочастотных электромагнитных колебаний, а такта в качестве .источников свврхсильшх магнитных полей вне плазмы. Так. при і=І014 Вт/сма были получены поля магагаусных величин, создаваемые в витке радиусом I ш токами в 100 кА. Интерес представляет как повышение эффективности преобразования в известных схемах;' так. и поиск новых способов лазарио-плазиеиного возбуждения токов.
Кроме того, как известно, существует глубокая аналогия между генерацией электромагатшх полей при оптическом пробое воздуха и электромагнитными возиущвнияии, возникающими.при.взрывах взрывчатых веществ в атмосфера. Во многих случаях поджиганием лазерной искры можно моделировать процесс генерации электромагнитных возмущений при взрывных явлениях в достаточно простых экспериментальных условиях. Исследование электрических сигналов вблизи лазерной искры может объяснить физику возбуждения электромагнитных полей при взрывах ВВ. Вопрос о механизмах их возникновения представляет большой научный интерес и до сих пор остается открытым.
Основная цель работы состояла в исследовании законов оностей и механизмов возбуждения электрических, магнитных полей и токов лазерной плазми в условиях умеренных интенсивностей греющего излучения
І08-І013 Вт/см2, а такта влияния фактора пространственной асиммпт рии плазмы и ореола ионизации на процесс генерации полей и токов Для достижения этой цели решались следующие задачи:
-
Исследование пространственно-временпсй структуры магнитны» полей лазерной плазмы и методов юс усиления вне плазменной области.
-
Поиск новых методов лазерно-шшзмопного возбуждения токов вдоль проводящих мишеней.
-
Исследование пространственно-временной структуры олектриче ских полей лазерной плазмы при различных параметрах греющего излу чения.
-
Выяснение влияния различных факторов, связашшх с присутствием мишени (топологии, соотношений размеров, проводимости) нн процесс генерации электромагнитных полей и токов лазерной плазмы.
Нау_чная_и_пвактическая_цениость^а^ты^
Проведанное совместное исследование электрических, магнитных полей и токов позволило построить непрогипоретавуп кортину происходящих явлений. Обнаружен ряд новых эффектов, ранео не отмечавшихся в литературе.
Так, установлено существенное влияние процессов, происходящих на коніакте ореола ионизации с мишенью, не генерацию магнитных полей и токоз вдоль ыиияни. Показано, что учет подобных процессов, имеющих наибольший пространственный масштаб, мозет объяснить многие отмечавшиеся ранее в литературе противорэ'зя экспериментальных результатов. Обнаружено, что создание асьіигтрпи контактирования ореола с повэрхностью мишени приводит к существенному усилении магнитных полей за мишенью, а такзе к генерации вдоль нее электрического тока.
Кроме того, получен ряд новых результатов по исследованию электрических полей лазерной плазмы, к которым, в частности, можно отнести прямую регистрацию квадругольгоя конфигурации объемных
нарядов в лазерной искре, а такке установление закономерностей пространственной эволюции подобной потенциальной структури в зависимое от интенсивности, длины волна и длительности импульса грощего излучения.
Полученные результаты позволяют лучше понять механизмы возбуждения электромагнитных полей и токов в лазерной плазме и объяснить ряд ранее наблюдавшихся эффектов. Кроме того, они могут оказаться полезными для решения целого ряда проблем лазерной физики, таких каї прямое преобразования лазерной энергии в электричество, создания интенсивных магнитных полей вне плазмы, дистанционной диагностики электромагнитных параметров плазми, ускорения заряженных частиц.
Нз_э ащту__Еыносятся:
Т. Установление принципиальной роли целого ряда факторов, связанных с присутствием иишени (ее топологии, соотношений размеров, пространственного положения относительно центра плазмообразования, проводимости на контакте с ореолом ионизации) на процесс генерации и распределения электрических, магнитных полей и токов лазерной плазмы.
-
Обнаружение новых способов лазерно-плазмешюго возбуаденш электрического тока вдоль облучаемой мишени и значительного (более чем в 100 раз) усиления магнитных полей вне плазмы, в частности, і области за мишенью, при асимметричном контакте ореола ионизацш плазмы с повехностью мишени.
-
Экспериментальное выявление "контактного" и "индукционного" механизмов лазерно-плазменного возбуждения электрических полей и токов вдоль поверхности прр:зодящей мишени, реализующихся как при пространственной асимметрии самой лазерной плазмы, так и при асимметрии контактирования ореола ионизации с мишенью.
Обнаруаэние возможностей существенного усиления токов вдоль иишени за счот поджигания на ее поверхности нескольких асимметрич-
ни плазменных сгустков, образующих "плазменную решетку".
4. Установление закономерностей пространственно-временной эво лоции структуры электрических полой лазерной искры (квадруцольная дипольная) при вариациях интенсивностей греющего излучения в диапа зона 109-1013 Вт/см2, а также длин волн и длительностей импульсов.
Апрдбация_работЫ;. Основные результаты исследований докладыва лись и обсуждались на хіх и хх Международных конференциях по явле пиям в ионизированных газах (г. Белград, Пгослзвия, июль 1989; г. Пиза, Италия, июль 1991), viii Всесоюзной конференции по вэаимодей ствию оптического излучения с веществом (г. Ленинград, сентябрь 1990), rv Всесоюзной конференции по взаимодействию излучения, плазменных и электронных потоков с веществом (г. Бозтери, Кирг. ССР, сентябрь 1990), xv Международном симпозиуме по физика ионизированных газов (г. Дубровник, Сгославия, июль 1990), xiv Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (г. Санкт-Петербург, сентябрь 1991), vr Европейской конференции "Евродэтчики-vi" (г. Сан-Себастьян, Испания, октябрь 1992), Меадународной конференции "Оптика лазеров-93" (г. Санкт-Петербург, июнь 1993), хх Европейской конференции по физике плазмы и управляемому синтезу (г. Лиссабон, Португалия, июль 1993), iv Меадународной конференции "Физические проблеммы оптических измерений, связи и обработки KHjopMamro" (г. Севастополь, сентябрь 1993).
Помимо этого диссертационная работа докладывалась па семинарах отделов "Колебаний", "Светоиндуцдрованных поверхностных явлений" и "Физики плазмы" ИОФ РАН.
Щблш<ациил Материалы диссертации изложены в Г8 печатных работах, опубликованных в различных научных журналах и тезисах докладов конференций.
Структурами__объем_диссегации._ Диссертация состоит из введе -
ния, пята глав, ааюшчения и списка цитируемой литературы из 120 наименований; Полний объем диссертации 195 страниц, включая 57 рисунков .
Похожие диссертации на Лазерно-плазменная генерация электрических, магнитных полей и токов
