Диагностика процессов в микропинче с помощью рентгеновских методов исследования высокотемпературной плазмы тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

На правах рукописи

Ли Саньвэй

ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССОВ В МИКРОПИНЧЕ С ПОМОЩЬЮ РЕНТГЕНОВСКИХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ

01.04.08 - физика плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 2005

Работа выполнена в Московском инженерно-физическом институте (государственном университете)

Научный руководитель

кандидат физико-математических наук, доцент Савелов Александр Сергеевич

Официальные оппоненты

доктор физико математических наук,

профессор Ананьин Олег Борисович

доктор физико-математических наук,

ведущий научный сотрудник

I аврилов Валерий Васильевич

Ведущая организация

Институт ядерного синтеза Российский

Научный Центр «Курчатовский институт»,

г Москва

Защита состоится "_16 " марта 2005 г в 14 час 00 мин на заседании

диссертационного совета Д212 130 0 5 в Московском инженерно-физическом институт (государственном университете) по адресу 115409, г Москва, Каширское шоссе, дом 31, тел 324-84-98

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации

Ученый секретарь

Автореферат разослан

февраля 2005 г

диссертационного совета

Евсеев И В

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследований

Термоядерные исследования были начаты в 1950-х годах с создания линейного 2-пинча За прошедшее время было создано большое число установок, в которых нагрев плазмы осуществляется за счет пинчевания в сильноточных разрядах ( 2-пинч, 0-пинч, х-пинч, плазменный фокус, микрошшч), при воздействии мощного лазерного излучения и сильноточных пучков заряженных частиц на мишени и т д Значительные усилия ученых развитых стран мира пока не привели к созданию термоядерного реактора, но результатом этих работ явилось создание новых прикладных направлений исследований плотной плазмы, образующейся в таких установках

В последние годы многими научными центрами активно проводятся исследования собственного излучения веществ различного элементного состава под воздействием мощных лазерных импульсов и в сильноточных разрядах Диагностика плотной высокотемпературной плазмы традиционно делится на активную (просвечивание излучением внешних источников) и пассивную (по собственному излучению плазмы) Конечной целью диагностики плазмы, как правило, является проверка или построение физической (и математической) модели плазмообразующей среды Основными параметрами необходимыми для этого являются локальные и мгновенные значения концентрации и температуры различных компонент плазмы Одним из основных направлений диагностики плазмы является регистрация с пространственным, временным и энергетическим разрешением потоков квантов и частиц

Плазма, создаваемая в лаборатории, быстро меняет свои параметры во времени, а отличис между плазмой, создаваемой на различных установках, может достигать 10 порядков по концентрации частиц и 4-5 порядков по температуре При исследовании плазменных объектов с высокими значениями концентрации, температуры и градиента плотности при малых размерах собственное рентгеновское излучение является одним из важнейших источников информации о протекающих в плазме процессах и ее важнейших параметрах Кроме того, в термоядерных исследованиях рентгеновскую эмиссию необходимо учитывать при расчете энергобаланса

В то же время предпринимается ряд попыток практического использования излучения плотной высокотемпературной плазмы, например для целей рентгеновской литографии, для создания лазеров рентгеновского диапазона, для исследования быстропротекающих процессов, для нагрева и сжатия плазмы в работах по лазерному

термоядерному синтезу, где рентгеновское излучение является источником образования и нагрева сверхплотной плазмы и тд Таким образом, исследование излучательных характеристик плотной высокотемпературной плазмы является актуальной задачей для понимания физических процессов динамики плазмы, построения и проверки физической и математической моделей плазмы, и создания источников рентгеновского излучения

Цель работы

Целью настоящей работы является исследование рентгеновского излучения и динамики процессов в импульсной высокотемпературной плазме А предметом исследований является сильноточный импульсный разряд типа «низкоиндуктивная вакуумная искра» (НВИ) и лазерная плазма как обьекг для отработки пространственных и энергических измерений импульсной плазмы в рентгеновском диапазоне

Автор выносит на защиту следующие, содержащие научную новизну, основные результаты

1 Разработку программною кода восстановления спектра непрерывною рентгеновского излучения на основании итерационного метода

2 Результаты экспериментального исследования спектров рентгеновского из 1учения и электронной температуры лазерной плазмы для мишени из золота на установках «ХШООиАМО» и «8НЕМОиАМО» и зависимость выхода жесткою рентгеновского излучения и температуры «быстрых» электронов плазмы от длины волны лазерного излучения

3 Определение пространственного распределения электронной температуры в лазерной плазме но относительным интенсивностям линий рентгеновского диапазона двухкомпонентной мишени на установке «ХШООЦАМО»

4 Результаты комплексного исследования пространственной структуры, временных и спектральных характеристик рентгеновского излучения на установке «Зона-2» и результаты определения электронной температуры плазмы микропинчевого разряда по ослаблению потока рентгеновского излучения в фотоэмульсии

5 Результаты исследования влияния геометрии расположения эрозионных источников инициирования микропинчевою разряда на динамику его развития на начальной стадии, интенсивность рентгеновскою излучения из анодной области и модификацию поверхности катода

6 Результаты визуализации процессов развития сильноточного импульсного разряда НВИ методом теневого фотографирования

Научная и практическая значимость работы

1 Полученные в работе результаты имеют значение для понимания физических процессов динамики микропинчевого разряда типа НВИ Они могут быть использованы для аналитического и численного моделирования динамики сжатия пинча

2 Результаты проведенных исследований позволяют рекомендовать разряд типа НВИ в качестве удобного экспериментального стенда для отработки различных методов диагностики линчующейся плазмы

3 Результаты работы могут быть использованы при разработке и создании источника рентгеновского излучения на основе микропинчевого разряда типа НВИ с лазерно -плазменным инициированием

4 Разработанные при исследовании лазерной плазмы рентгеновские методики могут найти применение в диагностике импульсной высокотемпературной плазмы на других установках

Апробация работы

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на

• Научных сессиях МИФИ - 2004, 2005

• X Всероссийской конференции по диагностике высокотемпературной плазмы, г Троицк, Россия, 8-13 июня 2003 г

• 21"' Международном симпозиуме по физике ионизованных газов, г Сокобаня, Югославия, 26-30 августа 2002 г

• VI Международном симпозиуме по радиационной плазмодинамике (РПД-2003), г Звенигород, Россия, 22-24 октября 2003 г

• /V Российском семинаре "Современные средства диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окружающей среды", г Москва, МИФИ, 2003 г

• Первом Всероссийском семинаре по Z-пинчам, РНЦ «Курчатовский институт», г Москва, 14-15 апреля 2004 г

• 7ой Международной конференции по модификации материалов пучками частиц и потоками плазмы, г Томск, Россия, 25-29 июля 2004 г

• V Международном симпозиуме по физике и диагностике плазмы (PDP-У 2004), г Минск, Беларусь, 20-23 сентября 2004 г

• 130М Международном симпозиуме по сильноточной электронике, г Томск, Россия, 25 29 июля 2004 г

Публикации

Основное содержание диссертации опубликовано в 11 печатных работах, в том числе 2 статьи в реферируемых журналах, 6 докладов на всероссийских и международных конференциях, 3 доклада на научных сессиях МИФИ Их список представлен в конце автореферата

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения трех глав, заключения и библиографии Работа изложена на 166 страницах машинописного текста, содержит 60 рисунков и список литературы из 134 наименований

Содержание работы

Во введении диссертации определена цель проведенных экспериментальных исследований, обосновывается их актуальность, ошечена их научная новизна и практическая значимость, дастся краткое содержание глав диссертации

В главе 1 обсуждается природа рентгеновского излучения, виды рентгеновскою излучения плотной высокотемпературной плазмы, основные физические процессы при прохождении рентгеновского излучения через слой вещества, основные методы регистрации изображения и спектра рентгеновского излучения Рассмотрены современные представления об основных процессах, протекающих при воздействии мощного лазерного излучения на вещество, и в Z пинчевых разрядах типа НВИ Проводится обзор методов и результатов экспериментальных исследований спектров рентгеновского излучения импульсной высокотемпературной плазмы и динамики микропинчевого разряда типа НВИ

В главе 2 рассматривается экспериментальное исследование рентгеновского излучения на лазерных установках «XШGGUANG» и «SHENGUANG» Приводится описание конструкции исследуемых мишеней, кристаллического спектрографа с пространственным разрешением, десятиканального спектрометрического комплекса, схем

экспериментов Изложены методы определения электронной температуры по относительным интгнсивностям различных линий и метода восстановления спектра непрерывного рентгеновского излучения по итерационному методу Описаны и обсуждены результаты экспериментальных исследований непрерывных спектров рентгеновского излучения и пространственных распределений электронной температуры лазерной плазмы Исследования рентгеновского излучения проводятся сейчас практически во всех лабораториях, занимающихся физикой лазерной плазмы Рентгеновское излучение, как непрерывное, так и линейчатое, несет богатую информацию о параметрах плазмы и протекающих в ней процессах Например, возможно определение электронной температуры по наклону коротковолнового участка спектра в случае максвелловского распределения электронов по скоростям, исследование «быстрых» электронов по «хвосту» (наиболее жесткой области) спектра, определение температуры и плотности плазмы по доплеровскому и штарковскому уширению спектральных линий, относительной интенсивности сателлитов водородоподобных и гелиеподобных ионов и др

Одним из основных параметров для понимания многообразия физических процессов и явлений, происходящих при взаимодействии мощного лазерного излучения с плазмой, является электронная температура Применение кристаллического спектрографа в сочетании с щелевой диафрагмой позволяет получить спектр рентгеновского излучения с пространственным разрешением, что дает возможность построить пространственное распределение электронной температуры и плотности плазмы получаемой в экспериментах по взаимодействию лазерного излучения с плоскими мишенями

Традиционно в диагностике плазмы для определения электронной температуры используют методы, основанные на измерении относительных интенсивностей двух линий одного элемента В первой половине 90-ых годов был предложен метод измерения электронной температуры но относительным интенсивностям линий двухкомпонентной мишени, например,

Достоинством этого метода является относительно высокая точность, связанная с тем, что зависимость отношения интенсивностей двух линий от температуры слабо чувствительна к погрешности расчета населенности уровней в ионах и к электронной плотности, благодаря тому, что равноэлектронные ионы двух элементов имеют подобные электронные конфигурации

Эксперименты были проведены на лазерных установках на неодимовом стекле института лазерного синтеза академии инженерной физики КНР Параметры установки

«SHENGUANG»• при длине волны лазера на неодимовом стекле X — 1064 им номинальная выходная энергия лазера составляла при длительности импульса лазера

(два канала); при длине волны лазера Я = 532 нм на излучении второй гармоники лазера на неодимовом стекле номинальная выходная энергия лазера составляла Е = 500Дж при длительности импульса лазера т&1 НС (один канал) Параметры установки «XШGGUANG»• при длине волны лазера X = 1064 нм выходная максимальная энергия лазера достигает Е = 300Дж при длительности импульса лазера не (один канал); при длине волны лазера выходная максимальная энергия лазера составляет

Е = 130 Дж при длительности импульса лазера т&1 КС (один канал)

Спектрографы с плоским кристаллом просты по конструкции Пространственное разрешение в используемом спектрографе (рис 1) достигнуто за счет применения цели шириной 15 мкм расположенной перед кристаллом Рентгеновское излучение лазерной плазмы, пролетающей мимо нее, экспонируется на пленку в виде линии, каждой точке которой по высоте соответствует определенное расстояние от мишени. В качестве диспергирующих элементов использовались плоские кристаллы фталевокислого таллия размером Для защиты кристаллов от разлетающихся

продуктов лазерной плазмы и оптического излучения перед входной щелью спектрографа установлен фильтр из бериллиевой фолы и толщиной 30 мкм

Для регистрации рентгеновского излучения плазмы использовалась медицинская ядерная эмульсия типа 5Б, чувствительность которой была откалибрована с помощью рентгеновской трубки с Си- и А1-анодами Интенсивность излучения оказалась достаточной, чтобы получить спектрограмму с пространственным разрешением за одну вспышку лазера Размер пятна лазерного излучения на поверхности мишени наблюдался с помощью камеры - обскуры.

В экспериментах использовались мишени круглой формы из алюминия с низкой плотностью (0,027'г/см3) диаметром 600мкм, толщиной 100мкм и из алюмо-магниевого сплава (равномерная смесь, относительное число атомов: Mg А1 = 38:62) диаметром 200мкм, толщиной 6мкм Вокруг алюмо-магниевого сплава добавлено кольцо из легкого

материала, чтобы уменьшить влияние двухмерного эффекта на точность измерения

пространственного распределения электронной температуры плазмы Размер пятна лазерного излучения больше диаметра алюмо-магниевого сплава, поэтому плазма из легкого материала должна ограничивать поперечное расширение Al-Mg плазмы

На рис 2 представлены спектрограммы рентгеновского излучения с пространственным разрешением, зарегистрированные при следующих условиях длина волны лазера длительность импульса лазера энергия лазера

угол между осью лазерного пучка и нормалью к поверхности мишени плотность потока излучения на поверхности мишени Нижние полосы

спектрограмм соответствуют непрерывному спектру из плазмы вблизи поверхности мишени, вертикальное направление обозначает нормаль к мишени Поскольку поперечный размер плазмы влияет на ширину линий, то, благодаря наличию кольца из легкого материала вокруг мишени, ширина каждой линии из сплава на рис 26 значительно меньше по сравнению со спектрограммой, приведенной на рис 2а

| ур^чазр \ А1т153р | * чь V ^ 4- (а) Меш+1в2-1а2р А!11'!»* 1в2р

Ш - л Ш

(6)

| Рис 2 Спектрограммы рентгеновского излучения с пространственным разрешением а -для мишени из алюминия, б дм мишени из алюмо- магниевого сплава

Используя измеренные спектры линейчатого излучения водородо- и гелиеподобных ионов алюминия и магния с пространственным разрешением по нормали к мишени, можно оценить зависимости электронной температуры от относительною расстояния до поверхности мишени Типичные экспериментальные результаты представлены на рис 3 На рис За представлено распредеделение электронной температуры по нормали к поверхности мишени из алюминия, рассчитанное по отношениям интенсивностей тений переходов Ь-2р и ¡¡-Зр водородоподобных ионов алюминия в рамках моделей ЛТР (модель локального термодинамического равновесия) и КР (корональная модель) На рис 36 представлено распределение электронной температуры по нормали к поверхности мишени из алюмо-магниевого сплава, рассчитанное по отношениям интенсивностей линий переходов гелиеподобных ионов алюминия и магния в рамке ЛТР

Отметим что описанным способом с помощью интегральных за время действия лазерного импульса измерений можно получить лишь усредненные по времени пространственные распределения электронной температуры в плазменной короне

Погрешность полученною из обработки спектрограммы (в диапазоне 0 5 1 нм) пространственного распределения электронной температуры оценивается в ~20% дтя мишени из сплава при использовании метода относительных интенсивностей спектральных линий для двух элементов Погрешность определения электронной температуры с пространственным разрешением оценивается в ~ 40% для мишени из алюминия при определении электронной температуры по относительным интенсивностям спектральных линий, которые принадлежат иону одной и той же кратности ионизации

Коллективные явления в лазерной плазме (резонансное поглощение параметрические и гидродинамические неустойчивости, спонтанные магнитные поля и др ) могут приводить к генерации «быстрых» электронов, коюрые влияют на электронную тетопроводность и на весь процесс нагрева и сжатия мишеней Поскольку длина свободного пробега заряженных частиц сильно зависит от энергии частицы, длина пробега «быстрых» электронов может оказаться сравнимой с размерами мишени что приведет к предварительному прогреву сжимаемого топлива и невозможности получения предельных сжатий для лазерного термоядерного синтеза В лазерной плазме существует сильное спонтанное магнитное поле, поэтому результаты непосредственного измерения «быстрых» электронов не могут отражать реальную характеристику «быстрых» электронов в лазерной плазме Необходимые данные об эффективной температуре «быстрых» электронов, их

энергии и концентрации можно получить по измерениям непрерывного спектра рентгеновского излучения при максвелловском распределении электронов по скоростям

лазерное излучение первый фильтр

флуоресцентный эмиттер

свинцовое кольцо

--второй фильтр

сцинтиллитор ФЭУ

Рис 4 Схема одного канала спектрометра

К-краевых_

Для исследования спектров рентгеновского излучения лазерной плазмы (диапазон 1-100 кэВ)

разработан и создан десятиканальный спектрометрический комплекс, который основан на выделении дискретных узких спектральных интервалов посредством фильтров и флуоресцентных

эмиттеров Каждый канал спектрометра построен по схеме первый фильтр + флуоресцентный эмиттер + второй фильтр + сцинтиллятор + ФЭУ (рис 4) При подборе материалов, толщин фильтров и флуоресцентных эмиттеров использованы имеющиеся в литературе таблицы коэффициентов ослабления для всех элементов периодической системы Количество каналов спектрометра ограничено набором материалов фильтров и эмиттеров с высокой степенью чистоты, которые можно приобрести Чувствительность ФЭУ со сцинтилляторами калибровалась с помощью промышленных изотопных источников Fe55 (5 9кэВ), Cd-109 (22 кэВ) Ат-241 (59,5юВ), Со-57 (122 юВ), Na-22 (511 кэВ) Cs-137 (661,6 кэВ) Эти данные использовались для определения выхода рентгеновского излучения плазмы в абсолютных единицах

Непрерывный спектр рентгеновского изтучения восстанавливался итерационным методом с учетом спектральных функций фильтров и флуоресцентных эмиттеров из разных материалов различной толщины

На рис 5 представлены типичные спектры рентгеновского излучения плазмы золотых мишеней, полученные на установке «SHENGUANG» Наклон спектра в области 1 10 юВ соответствует значению «холодной» электронной температуры в системе координат безразмерная спектральная

интенсивность излучения, h V -энергия квантов В области наблюдается заметное

> Спектры рентгеновского излучения

превышение интенсивности по сравнению с максвелловским спектром На этом графике наиболее

жесткая часть спектра представляет собой прямую линию, что свидетельствует о том, что в этой области можно ввести понятие температуры «быстрых» электронов и их энергии

Кривая а на рис 5 соответствует двухтемпературному спектральному распределению рентгеновского излучения со значениями эффективной температуры «холодных» электронов Те — 2,ЗкзВ и «быстрых» электронов 7/, = 26,1 кэВ при воздействии лазерного излучения с длиной волны Я = 1064 им, энергией Е = 193Дж, длительностью импульса плотностью потока излучения на поверхности

мишени q*41015 Вт/см2 Кривая б на рис 5 соответствует двухтемпературному рентгеновскому спектру со значениями

Е=172Дж, г = 720 пс q "3 /О" Bm/сч2 В таблице 1 представлены экспериментальные результаты для золотых мишеней при различных условиях,, Ehx - полная энергия жесткого рентгеновского излучения, полученная путем экстраполяции спектра

Таблица 1 Экспериментальпыерезультаты при различныхусловиях

Я им к.Дж Г,, юВ Th, юВ Ehд, мкДж П 1

1064 193 2,3 26,1 2785

110 2,1 16,1 1985

85 2,0 16,1 1373

532 221 1,3 14,0 251

172 1.2 12,1 214

107 1.5 8,5 103

354 97 1,3 6,4 4,2

86 1,6 7,1 6,1

Теоретически и экспериментально установлено, что при высоких интенсивностях лазерного излучения и значениях определяющею параметра дЯ2 > 1014 Вт мкм2/см2 становится существенным резонансное поглощение лазерного излучения в плазме, которое приводит к генерации «быстрых» электронов и ионов (и они были зафиксированы масс спектрометром Томсона) Доля энергии поглощенного лазерного излучения, идущей на генерацию «быстрых» электронов при сверхвысоких интенсивностях может достигать 3050%

Тормозное излучение в лазерной плазме несет важную информацию о «быстрых» электронах, которые влияют на электронную теплопроводность и на весь процесс нагрева и сжатия мишеней Конечно, на основании полученных спектров нельзя сделать вывод о

тонкой структуре функции распределения «быстрых» электронов, однако даже эти результаты, по нашему мнению, представляют интерес.

Из-за малого количества каналов спектрометра, метода восстановления спектра, сложных характеристик спектра (присутствуют линии и рекомбинационные скачки) и сложной формы аппаратной функции спектрометра экспериментальная погрешность спектров рентгеновского излучения составляла ±30 % Как видим, одним из преимуществ использования коротковолнового лазерного излучения для нагрева является уменьшение количества и температуры «быстрых» электронов

В главе 3 приводится описание экспериментальной установки «Зона-2», модернизации основных узлов установки и системы инициирования разряда, выбранных, в соответствии с целью работы, средств и методов диагностики Описаны и обсуждены результаты исследования динамики развития микропинчевого разряда

Под микропинчевым разрядом обычно понимают импульсный сильноточный разряд, в котором образуется короткоживущий (т<1 НС) плазменный объект очень малого объема (г < 10 мим) с высокой температурой (Те = 1- 3 кэВ) и плотностью (пе >1021 см 3) Среди наиболее известных типов установок, в которых реализуется режим микропинчевания, можно отметить нецилиндрический 2-пинч или плазменный фокус, низкоиндуктивную вакуумную искру, 2-пинч с импульсной инжекцией газа, взрывающиеся проволочки

Активные исследования микропинчевых разрядов (МПР) начались в 70-х годах прошлого века посте того, как в 1968 году впервые сообщили о наблюдении в разряде низкоиндуктивной вакуумной искры (НВИ) локальной области плазмы, являющейся интенсивным источником рентгеновского излучения В разрядах НВИ микропинчевую область принято называть плазменной точкой (ПТ)

Высокие параметры плазмы, относительно невысокая стоимость их получения и простая конструкция делают эти установки перспективными для технологических применений Физические процессы, протекающие в установках такого типа, имеют много общего и, в основном, описываются моделью радиационного коллапса, однако из-за конструкционных, энергетических и иных различий могут очень сильно отличаться по параметрам

Исследования производились в основном на установке «Зона-2» и, частично, на «ПФМ-72» Эти установки с разрядными устройствами типа низкоиндуктивной вакуумной

искры имеют идентичные геометрические размеры электродов, но различаются параметрами электрических контуров и систем инициирования разряда Таблица 2. Характеристикиустановок«ПФМ- 72» и «Зона-2»

Характеристики установок ПФМ-72 Зона-2

суммарная ёмкость: рабочее напряжение: общая индуктивность: период разряда: максимальный разрядный гок' 12 мкФ до 40 кВ 50 нГн 5 мкс 150 кА при 10 кВ 20 мкФ до 20 кВ 90 нГн 8,5 мкс 220 кА при 15 кВ

Инициирование разряда 4 триггера вне разряда Разные варианты триггерного поджига.

Первоначально вакуумный объем установки «Зона-2» был образован камерой ВК-1 (рис 6) из нержавеющей стали (30x34x23 см1) в центре которой располагалась электродная система. Но, поскольку, для проведения спектрографических измерений в рентгеновской области требуются меньшие размеры, к камере была пристыкована вторая камера ВК-2 с размерами 13x13x13 см' Т к длина подводящих электродов увеличилась, для снижения индуктивности контура установки число коаксиальных кабелей от конденсаторных батарей было увеличено в два раза Кроме тою, внешний диаметр внутреннего электрода был увеличен c/5wwioMww Таким образом общую индуктивность системы, удалось уменьшить до 90 нГн, уменьшив тем самым период разряда до 8 5 мкс Система вакуумной откачки обеспечивает вакуум -105 Topp

Рис. 7 Размещение триггеров и электродной системы на установке «Зона-2»

Электродная система микропинчевого разряда приведена на рис.7 Сменный анод изготовлен из железа в виде "иглы" диаметром 3 мм Он расположен по оси установки и

закреплен на внутреннем тоководе Острию анода изначально придается полусферическая либо острийная форма Катод представляет собой стальной цилиндр, имеющий плоское основание диаметром 20 мм и центральное отверстие диаметром 3 мм Расстояние между анодом и катодом составляло 4-6 мм Рабочей средой разряда служили продукты эрозии материала электродов

Для обеспечения высокого ресурса работы была создана система инициирования разряда с поперечным размещением триггерных электродов (на рис 7) Четыре триггерных электрода расположены симметрично и перпендикулярно оси установки напротив области основного разряда Их основное назначение - образование форплазмы, необходимой для начального пробоя межэлектродного промежутка После подачи импульса напряжения ~10кВ пробой по поверхности изолятора (между электродами триггерного поджига) происходит одновременно во всех четырех триггерах

Как видно из схемы, приведенной на рисунке 6, до начала развития разряда на электродах основного промежутка "дежурит" рабочее напряжение (0 - 20 кВ), величина которою в ходе проведения экспериментов может легко варьироваться После срабатывания системы триггерного поджига и попадания форплазмы в межэлектродный промежуток происходит развитие основного разряда

Для уменьшения времени формирования инициирующего разряда был изготовлен трансформатор на ферритовом кольце, который позволил уменьшить фронт нарастания триггерного импульса до 100 нс при обшей длительности ~ 1,8 мкс

ультрафиолетовый фотоаппарат фильтр

диафрагма

фотоприемник ФЭК 22

|/йагт-1С1йа пиша

пояс Роговского

каме » сцинткллятор НЕ-111

ФЗУ-58

>

ос

/™

вакуумное окно из л^&с*на

Т-рГ

А

зеркало

зеркало

азотный лазер (X 337 нм)

Рис 8Схема эксперимента наустановке «Зона-2»

НВИ в течение своей эволюции сильно изменяет свои характеристики в частности, плотность и температуру, поэтому правильный выбор экспериментальных методик имеет важное значение В экспериментальных исследованиях физических процессов НВИ использовались комплекс диагностических методик и различное оборудование На рис 8 представлена схема проведения измерений на установке «Зона-2»

Для определения величины разрядного тока и регистрации процесса линчевания используется пояс Роговского в режиме трансформатора тока, т е измеряется непосредственно величина тока 1(1), протекающего в разряде

Пространственное положение "плазменных точек" и других областей, из которых сильно излучается рентген (рис 9), наблюдалось с помощью камеры-обскуры, используемой вместе с различными фильтрами Диаметр отверстий составлял 100мкм, 200 лкМ и 400 мкм в различных случаях Диаметр и форма отверстия контролировались с помощью микроскопа В качестве регистрирующего элемента использовалась фотопленка типа ТХ1-Ш (Китай)

Рис 9 Обскурограммы разрядов в рентгеновском диапазоне (hv>3 кэВ) на

установках «Зона 2» (а) и «ПФМ 72» (б) а- за одинразряд привелчичинеразрядного тока 220кА, б-за пять разрядов при вечличинеразрядного тока 150 кА Обскурограммы в рентгеновском диапазоне (hv>3 кэВ) на установке «Зона-2» показали, что при токах свыше 50 кА наблюдается несколько светящихся областей «плазменная точка» (ПТ), формирующаяся вблизи анода, диффузно светящееся облако между электродами и свечение поверхности самого анода (рис 9а) В то же время на установке «ПФМ-72» свечение анода отсутствует, а наряду с ПТ, формирующейся в центральной части межэлектродного промежутка на его оси и диффузно светящимся облаком между ПТ и поверхностью катода, наблюдается свечение вблизи поверхности катода (рис 96) Интенсивность свечения плазменной точки в рентгеновском диапазоне существенно выше, чем в приэлектродной плазме С уменьшением максимальной величины разрядного тока интенсивность излучения из ПТ и диффузно светящегося облака падает Это, видимо, является следствием снижения степени сжатия плазмы в ПТ и

уменьшения интенсивности эмитируемых из этой области электронных потоков, вызывающих свечение холодной периферийной плазмы. При токах разряда менее 50кА свечение из указанных областей отсутствует

Анализ достаточно большого количества обскурограмм показал, что во многих случаях (>70%) наблюдалась только одна "плазменная точка" за один разряд, в остальных случаях, либо не наблюдалась "плазменная точка", либо наблюдалось больше двух "плазменных точек".

Анализ рентгеновского излучения с помощью камеры - обскуры с одновременным применением метода фильтров позволяет получить данные по пространственному изменению электронной температуры (средней по времени). В данной работе исследованы пространственная структура и спектральный состав излучения рентгеновских источников в плазме микропинчевого разряда Изображения излучающей плазмы формировались на фотоэмульсии с помощью трехканальной камеры - обскуры Энергетический спектр рентгеновского излучения определялся методом фильтров, причем в качестве фильтров использовалась сама фотопленка TXJ-Ш (Китай) с известным материалом как подложки, так и эмульсии Пакет расположенных друг за другом фотопленок состоял из шести слоев

Для расчетной оценки спектра использовались данные по ослаблению потока квантов рентгеновского излучения в фотоэмульсии Каждый слой фотопленки состоял из лавсановой пластинки толщиной 175 чкм и чувствительного слоя, содержащего зёрна AgBr толщиной 24 чкм.

3 1.0

1 23 4 /

/

Анод П Плита Кд-;—'~ // 1 //-»—

Катод'---> / 3 1 / с 04 £ | 0,2 111*1 И В» 50м» /// / 2,Ве 100мкм ' 1 / ! Ь 3, Лавсан, 60 мим / / / / 4, Лавсан 100 мкм 1/ ¡5, А1.10 мкм

Л/у.....

-1 ь ц >1 2Э466739 Ю

Энергия рентгеновского мпучврия кзВ

Рис 11 Зависимости пропускания фильтров

Рис.10. Схема эксперимента от энергии рентгеновских квантов

Схема эксперимента представлена на рис 10 Излучение плазмы 1, проходит через входное окно 2 из 50мкм лавсана и формирует с помощью камеры - обскуры 3 изображение одновременно на шести слоях фотоэмульсии, помещенных в пакет из 10 мкм

алюминиевой фольги 4 Камера-обскура имела три входных отверстия 0200мкм,

изготовленных в Pb-фольге толщиной 500мкм Два крайних отверстия были закрыты AI-

фильтрами с толщинами 80 (первый канал) и 40 мкм (третий канал)

Исследования производились на установке «Зона-2»

при напряжении конденсаторной батареи 15 кВ Величина

разрядного тока достигала 220 кА Типичное изображение

полученных обскурограмм (за три разряда) представлено на

рис 12 На каждом участке свечения измерялась кривая

ослабления рентгеновского излучения Для получения

пространственного распределения электронной

температуры используются 18 изображений плазмы в

рентгеновских лучах за различными фильтрами Для

каждой точки изображения плазмы на пленке камеры -

обскуры определяется электронная температура на основе

метода фильтров Для этого на основании состава пленки

определяется интенсивность излучения, попавшего в

данную точку, и сравнивается с расчетными

интенсивностями излучения, приходящего в эту же точку

через использующиеся фильтры камеры - обскуры, при

различных величинах электронной температуры Такая Рис 12 Ооскурограммы на

методика, вообще говоря, требует знания сорта излучения,

шести стоящих друг за

который доминирует в спектре излучения в конкретном

другом слоях фотопленки

•—-- случае Характер полученных кривых ослабления

свидетельствует о наличии двух групп электронов различной энергии в области микропинча В предположении максвелловского распределения электронов по скоростям для каждой из этих групп, имеется возможность определения соответственно тепловой электронной температуры Те и надтепловой электронной температуры Тк плазмы по экспериментальным кривым ослабления

Сопоставление экспериментальных данных с расчетной кривой ослабления, наиболее близкой к экспериментальным данным дает области микропинчевания

Определение электронной температуры плазмы у поверхности анода оказалось невозможным из-за того, что рентгеновское излучение от анода является совокупностью

тормозного излучения и характеристического излучения К оболочки материала анода (64 кэВ для железа) возникающих при взаимодействии электронов фортазмы из триггера с материалом анода излучения прианодной плазмы а также тормозного излучения возникающего при взаимодействии «быстрых» электронов из области микропинчевания с атомами вещества анода Отметим что погрешность определения абсолютной величины электронной температуры существенно зависит от точности знания состава и структуры фотопленки вида рентгеновского излучения и может быть оценена как ±40%

Изменения структуры поверхности электродов в ходе эксплуатации микропинчевых установок могут тем или иным образом отражаться на динамике микропинчевого разряда повторяемости электрических и излучающих характеристик от разряда к разряду и сроке службы электродной системы этих установок что особенно важно для их технологического применения В данной работе контролировался общий характер модификации поверхности электродной системы в зависимости от числа рабочих импульсов Контроль за модификацией поверхности электродов осуществлялся фотографированием их до разряда затем после каждого разряда а потом с интервалом в 5 и 10 разрядов Все снимки делались с одинаковым увеличением и при одинаковой ориентации электрода

Рис 13Изменение структуры поверхности катода сростом числа разрядов На рис 13 представлены фотографии поверхности катода после различного количества рабочих импульсов Видно что поверхность катода испытывает существенные изменения с ростом числа разрядов Наблюдается образование и рост своеобразного

«валика» и появление на его поверхности рельефных колец При этом структура поверхности анода практически не изменялась

После первого разряда на поверхности катода можно выделить три кольцеобразные области После ~30 разрядов на поверхности плоского катода уже хорошо заметно образование "валика" с внутренним диаметром ~4,8мм и внешним ~10 мм вокруг центрального отверстия Приблизительно в это же время на обскурограммах разряда начинает наблюдаться свечение плазменных точек, отсутствовавшее при меньшем количестве разрядов Исходя из этого можно предположить, что образование "валика" тесно связано с образованием микропинча С ростом числа разрядов размеры "валика" изменяются достаточно медленно и к 500 разрядам его внутренний и внешний диаметры увеличиваются до ~5бмм и ~11 8 мм соответственно На поверхности "валика" образуются хорошо различимые невооруженным глазом концентрические окружности с шагом ~0,2 мм и с такой же высотой профиля Отверстие также изменяет свою форму со стороны разряда расширяется, принимая после 500 разрядов конусообразную форму диаметром ~5 мм у основания валика и глубиной ~8 мм, и заканчивается сферической полостью диаметром ~4 мм Что же касается анода, то его поверхность приобретает полусферическую форму диаметром 3 мм

Сравнивая наши экспериментальные данные с полученными ранее на установке ПФМ-72, можно утверждать, что образование валика связано с вытеснением расплавленного металла из сферической полости с последующим осаждением и отвердеванием на поверхности Основной ток разряда сосредоточен в области ограниченной размерами "валика", формирование же концентрических выступов связывается с увеличением эмиссионной способности катода

Визуализация микропинчевого разряда проводилась теневым методом с применением наносекундного азотного лазера в качестве источника зондирующего излучения Часть лазерного излучения при прохождении через плазму отклоняется на градиентах электронной плотности и не проходит через диафрагму, расположенную в фокусе линзы (рис 8), а также поглощается в парах материала электродов Для спектральной селекции использовался ультрафиолетовый фильтр с полушириной

Регистрация теневого изображения осуществлялась фотоаппаратом в режиме "открытого затвора" на пленку, на которой получалась последовательность тенеграмм плазмы в межэлектродном промежутке на различных стадиях развития разряда

Для определения момента времени прохождении лазерного излучения через плазменный объект, одновременно регистрировали момент генерации лазерного излучения и его положение относительно осциллограммы тока разряда. Регистрация лазерного излучения проводилась с помощью коаксиального фотоэлемента ФЭК-22, разброс момента генерации относительно импульса запуска составил величину ~ 10 нс.

Рис. 14 Серия теневого фотографирования при ¡„ц,. = 150кА.

Визуализация разряда проводилась при значении напряжения на разрядном промежутке U= 10 ^. Тенеграммы регистрировались для различных моментов времени, начиная от момента срабатывания триггерного поджига и до стадии развала плазменного образования. Выборочные серии теневого фотографирования представлены на рис.14.

На снимках анод расположен слева, правая граница светового поля излучения лазера совпадает с поверхностью катода; временная задержка, указанная под каждым снимком, определяется моментом генерации импульса лазерного излучения по отношению к началу протекания тока основного разряда.

Большой градиент плотности и свечение в прианодной области, наблюдающиеся на начальной стадии развития основного разряда (рис. 14а), говорят об активном образовании плазмы в этой области. Форма прианодной плазмы - округлая "шапка" толщиной 0,5 мм. Возникновение данного процесса можно объяснить тем, что к этому моменту времени поверхность анода усиленно бомбардируется электронами из триггерной плазмы, вызывающими образование прианодного слоя плазмы. Таким образом косвенно подтверждается природа свечения плазмы в прианодной области, наблюдающегося на

рентгеновских обскурограммах (рис 9а) В то же время на начальной стадии развития разряда вблизи поверхности катода никаких изменений не наблюдается

К моменту времени Т«1мкс, у поверхности катода появляется локализованная область испаряющейся плазмы, которая движется в сторону анода (рис 14в) В интервале времени т =1,4—1,8 шс (рис 14г) происходит развитие перетяжки, приводящей к образованию плазменной точки Это соответствует времени появления особенности наблюдавшейся на полученных осциллограммах тока основного разряда Далее происходит расширение плазменного канала и к концу первой половины периода разрядного тока разрядный промежуток очищается

Поведение рентгеновского излучения плазмы во времени и его энергетический состав регистрировалось с помощью сцинтиллятора NE-Ш и фотоэлектронного умножителя ФЭУ-58, расположенных на диагностическом фланце разрядной камеры за лавсаном толщиной 50 чкм с различными фильтрами и без них

На рис 15 приведены осциллограммы токов триггерного и основного разрядов, сигналов с фотоприемника ФЭК-22 и для двух толщин фильтра с ФЭУ При использовании алюминиевых фильтров с толщиной меньше 210мкм на осциллограмме наблюдаются три пика (рис. 15г). Первый пик на осциллограмме вызван электромагнитной наводкой и соответствует началу разряда через триггеры, он присутствует на всех осциллограммах и является репером.

Первый пик (второй пик на осциллограмме рис.15г) относительно мягкого рентгеновского излучения наблюдается на начальной стадии развития разряда и образуется за счет тормозного излучения и характеристического излучения К-оболочки анода (6,4кэВ для железа), возникающих при взаимодействии электронов форплазмы из триггера, ускоренных в электрическом поле между электродами, с материалом анода, и излучения прианодной плазмы. В процессе торможения электронов в материале анода формируется непрерывный спектр с максимальной энергией, равной первоначальной энергии падающих элекгронов и соответствующей ускоряющему напряжению на электродах (U=10KB) Действительно, когда толщина фильтра алюминия достигает 210 мкм, при которой граничная энергия отсечки по уровню 1/5 составляет 10 кэВ, этот пик исчезает Продолжителыюсть первого пика, имеющего, как правило, два максимума, более 0,5 мкс Сигнал в первом max нарастает плавно и начинается во время действия триггерного разряда, второй max соответствует пробою основного разрядного промежутка Первый max вызван, по-видимому, непосредственным воздействием электронов триггерной плазмы на анод.

Второй пик (третий пик на осциллограммах рис 15г,д) рентгеновского излучения соответствует моменту образования микропинча и является следствием взаимодействия быстрых электронов с ионами железа, а также линейчатого излучения водородоподобных (7-т?,9 КэВ) и гелиеподобных (6,6-8 8 кэВ) ионов железа в плазме пинча Длительность второго пика составляет Когда толщина алюминиевого фильтра достигает

810 мкм (Е>15 кэВ) второй пик все еще достаточно хорошо заметен (рис 15д), в то время как как первый пик исчезает В сочетании с данными камеры - обскуры, это свидетельствует о наличии в микропинчевой области быстрых электронов, при взаимодействии которых с ионами возникает тормозное рентгеновское излучение с энергией больше 15 кэВ

На осциллограмме тока (рис 156) в первом полупериоде наблюдается, так называемая особенность, соответствующая моменту образования микропинча Процесс

пинчевания во всех случаях сопровождается синхронными импульсами рентгеновского излучения.

Для определения влияния места расположения триггеров на начальную стадию развития микропинчевого разряда были выполнены эксперименты с подключением только одного или двух триггеров для инициирования разряда. При этом производилось обскурографирование области разрядного промежутка, теневое фотографирование в начальный момент нарастания тока и анализ изменения структуры поверхности катода.

- НЩР^ЧР

(а) (б> <в)

Рис 16 Обскурограммы разрядов в рентгеновском диапазоне (^>3 кзВ) при расположении триггеров: а - сверху и снизу; б - снизу; в - сверху.

На рис 16 приведены обскурограммы в области рентгеновского излучения Ы>3 кэВ для различного положения триггеров Обскурограмма на рис 16а получена при расположении двух триггеров сверху и снизу по отношению к электродам, обскурограммы, представленные на рис.166 и 16а, получены при работе только одного триггера - снизу и сверху, соответственно. Толщина прианодной плазмы составила 0,4 -1 мм Хорошо видно, что интенсивность рентгеновского излучения поверхности анода больше со стороны, соответствующей месту расположения триггера. Максимальная интенсивность свечения прианодной плазмы достигается вблизи острия анода

д ш 0

(а) (б) (в)

Рис.17 Тенеграммы разряда на начальной стадии его развития, при расположении

триггеров: а - сверху и снизу; б - снизу; в - сверху Тенеграммы на рис 17 получены для такого же расположения триггеров, что и на рис.16. Положение вблизи анода градиентов плотности хорошо коррелирует с положением областей свечения в мягком рентгеновском диапазоне.

Было исследовано влияние местоположения триггеров на изменение структуры поверхности катода Анализ показал, что в области, расположенной напротив триггеров происходит нарушение правильной периодической кольцеобразной структуры, образующейся после ~30 разрядов (рис 13г) Изображения катода на рис 13а-13д получены при расположении двух триггеров сверху и снизу по отношению к катоду На рис 1 Зд можно видеть нарушение структуры также сверху и снизу После 90 разрядов инициирование разряда осуществлялось с помощью триггера расположенного слева и на рис 13е можно наблюдать восстановление кольцевой структуры сверху и снизу и возникновение нарушений на левой части валика на поверхности катода

Спектральные измерения рентгеновского излучения из области разряда были проведены с помощью комплекса рентгеновских светосильных спектрографов ФСПР-1Д/ФСПР-2Д, позволяющим исследовать с пространственным разрешением рентгеновскос излучение в диапазоне 0,6-10 кэВ с высоким спектральным разрешением А/ЛЛ=2000-8000 На поверхности анода обнаружено свечение линии Кп железа, ин]енсивность которой уменьшается с удалением от анода Вблизи от анода в месте расположения плазменной точки зарегистрировано излучение 3" гелиеподобных линий железа БеХХУ с длинами волн Я,=1,8505 А, ¿2=1,8596 А, Я3=1,8681 А

Основные результаты работы заключаются в следующем-

1 С помощью десятиканального спектрометрического комплекса проведены исследования спектров рентгеновского излучения и электронной температуры лазерной плазмы для мишени из золота на установках «ХШООиЛМО» и «8ИЕМОиЛМО» Разработан программный код восстановления спектра непрерывного рентгеновскою излучения, с помощью которою установлено присутствие в лазерной плазме группы «быстрых» электронов

2 С помощью кристаллического спектрографа по относительным интенсивностям водородо- и гелиеподобных линий двухкомпонентной (А1-М§) мишени определено распределение электронной температуры в лазерной плазме

3 Проведено комплексное исследование пространственной структуры, временных и спектральных характеристик рентгеновскою излучения плазмы микропинчевого разряда Определено значение электронной температуры Те~2,0 кэВ (В Предположении максвелловского распределения) и установлено наличие в области микропинча группы

быстрых электронов, вызывающих тормозное рентгеновское излучение с энергией больше 15 кэВ

4 Впервые показано влияние геометрии расположения эрозионных источников инициирования микролинчевого разряда на динамику его развития на начальной стадии, на интенсивность рентгеновского излучения из прианодной области и на модификацию поверхности катода

5 Теневое фотографирование области разряда типа «низкоиндуктивная вакуумная искра» и исследование структуры катодной поверхности на модернизированной установке «Зона 2» подтверждают основные выводы о влиянии способа инициирования разряда на начальную стадию формирования микропинчевого разряда полученные с помощью различных рентгеновских методик

Основные результаты, полученные автором, опубликованы в следующих

работах:

1 Chen Во, Zheng Zhijian, Ding Yongkun, Li Sanwei, Wang Yaomei, Determination of electron temperature in laser-produced plasmas by isoelectronic X-ray spectroscopy // Acta Physica Sinica (in Chinese and in English), 2001, Vol 50, № 4, p 711-714

2 Ли Саньвэй, Савелов Л С , Ватутин О А , Чэнь Бо, Чжэн Чжицзянь, Исследование пространственного распределения электронной температуры лазерной плазмы // Тезисы докладов X всероссийской конференции по диагностике высокотемпературной плазмы, г Троицк, Московской области, 8-13 июня 2003г , с 68 69

3 Ци Ланьин, Савелов А С , Ли Саньвэй, Ватутин О А , Вовченко Е Д , Чжэн Чжицзянь, Спектрометрический комплекс для исследования спектра импульсного рентгеновского изтучения // Сборник научных трудов научной сессии МИФИ-2004, т 4, с 64-65

4 Гу Юйцю, Савелов А С , Ли Саньвэй, Ьашугин О А , Вовченко Е Д , Цай Дафэн, Чжэн Чжицзянь, Исследование быстрых электронов, образующихся при взаимодействии высокоинтенсивного лазерного излучения с твердотельными мишенями // Материалы IV российского семинара "Современные средства диагностики плазмы и их

применение для контроля веществ и окружающей среды", Москва МИФИ, 2003i , с 35-38

5 Ли Саньвэй Ватутин О А, Вовченко Е Д, Георгиевский Н А Савёлов А С Исследование рентгеновского излучения разряда типа «низкоиндуктивная вакуумная искра» // Сборник научных трудов научной сессии МИФИ 2005 т 4 с 85 87

6 AS Savjolov, D Е Prokhorovich, О A Bashutin, Li SW, ED Vovchenko, Complex Investigation of Micropinch Discharge of "Low-Inductance Vacuum Spark" Type // Proceedings of the V Symposium of Belarus, Serbia and Montenegro on Physics and Diagnostics of Laboratory and Astrophysical Plasmas (PDP V 2004), September 20 23 2004, Minsk, Belarus, p 157-159

7 Аверин М С , Ватутин О А , Вовченко Е Д , Ли Саньвэй, Прохорович Д Е , Савелов А С, Многоканальный TEA N2 -лазер для визуализации импульсной плазмы в наносекундном диапазоне // Приборы и Техника Эксперимента 2004г № 2 с 42 46

8 Аверин М С , Башутин О А Вовченко Е Д, Ли Саньвэй, Савелов А С Визуализация микропинчевого разряда на установке "Зона 2" // Сборник научных трудов научной сессии МИФИ 2005, т 4, с 100 101

9 Вовченко Е Д, Ли Саньвэй, Прохорович Д Е , Савелов А С Динамика разряда низкоиндуктивной вакуумной искры с радиально-симметричным плазменным инициированием // Сборник научных трудов VI Международною симпозиума по радиационной плазмодинамикс (РПД 2003), г Звенигород Московской области 22 24 октября 20031 , с 139 141

10 AS Savjolov, D Е Prokhorovich, О A Bashutin Li Sanwei, E D Vovchenko, S A Savjolov, Surface Structure Changes of Electrodes of Pulse High Current Micropmch Discharge // 7th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows Tomsk, Russia, 25 29 July 2004, p 388 391

11 G I Kozm, A P Kuznetsov, М О Lebedmsky, A S Savjolov, О A Bashutin, Е D Vovchenko Li Sanwei Laser apparatus for plasma diagnostics in a wide range of electron densities // Contributed papers of 21st Summer School and Intern Symp on the Physics of Ion Gases (SPIG), Sokobanja Yugoslavia, 26 30 August 2002, p 534 537

878

Введение.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Природа рентгеновского излучения.

1.2. Рентгеновское излучение плотной высокотемпературной плазмы.

1.3. Физические процессы при прохождении рентгеновского излучения через слой вещества.

1.4. Методы регистрации рентгеновского излучения.

1.5. Состояние экспериментальных исследований спектров рентгеновского излучения лазерной плазмы.

1.6. Экспериментальные результаты исследований микропинчевых разрядов типа низкоиндуктивной вакуумной искры.

1.7. Постановка задач.

Глава 2. Экспериментальное исследование спектров рентгеновского излучения лазерной плазмы на установках

XINGGUANG» и «SHENGUANG».

2.1. Методы экспериментального исследования.

2.1.1. Экспериментальная установка.

2.1.2. Кристаллический спектрограф с пространственным разрешением.

2.1.3. Десятиканальный спектрометрический комплекс (1+100 кэБ).

2.2. Методы обработки.

2.3. Результаты экспериментов.

2.3.1. Пространственное распределение электронной температуры лазерной плазмы.

2.3.2. Непрерывные спектры рентгеновского излучения лазерной плазмы.

2.4. Обсуждение результатов экспериментов.

2.5. Выводы.

Глава 3. Диагностика микропинчевого разряда на установке

Зона-2».

3.1. Микропинчевая установка «Зона-2» и ее модернизация.

3.2. Микропинчевая установка «ПФМ-72».

3.3. Средства и методы диагностики.

3.4. Экспериментальные результаты.

3.4.1. Электротехнические измерения.

3.4.2. Обскурограммы области разряда.

3.4.3. Измерение электронной температуры плазмы микропинчевого разряда по ослаблению потока рентгеновского излучения в фотоэмульсии.

3.4.4. Измерение рентгеновского спектра на установке «Зона-2».

3.4.5. Влияние положения триггеров на локализацию источников рентгеновского излучения.

3.4.6. Исследование энергетического состава рентгеновского излучения с разрешением во времени.

3.4.7. Теневое фотографирование и исследование динамики собственного свечения плазмы микропинчевого разряда.

3.4.8. Модификация структуры поверхности электродов импульсного сильноточного микропинчевого разряда.

3.5. Обсуждение результатов экспериментов.

3.6. Выводы.

Термоядерные исследования были начаты в 1950-х годах с создания линейного Z-пинча. За прошедшее время было создано большое число установок, в которых нагрев плазмы осуществляется за счет пинчевания в сильноточных разрядах ( Z-пинч, 0-пинч, х-пинч, плазменный фокус, микропинч), при воздействии мощного лазерного излучения и сильноточных пучков заряженных частиц на мишени и т.д. Значительные усилия ученых развитых стран мира пока не привели к созданию термоядерного реактора, но результатом этих работ явилось создание новых прикладных направлений исследований плотной плазмы, образующейся в таких установках.

В целом ряде прикладных научно-технических задач плазма уже нашла свое применение и представляется весьма перспективной при ее дальнейшем использовании в качестве мощного источника: нейтронов с энергиями 2,45 МэВ (d-d реакция) и 14 МэВ (d-t реакция); многозарядных ионов для ядерно-физического эксперимента [1]; электромагнитных излучений сверхвысокочастотного, инфракрасного, видимого, ультрафиолетового и рентгеновского диапазонов для практического применения в науке, технике и промышленности [2-7]; пучков быстрых электронов и ионов с токами ~ 10б А при энергиях частиц от сотен килоэлектронвольт до нескольких мегаэлектронвольт.

В последние годы многими научными центрами активно проводятся исследования собственного излучения веществ различного элементного состава под воздействием мощных лазерных импульсов и в сильноточных разрядах. Диагностика плотной высокотемпературной плазмы традиционно делится на активную (просвечивание излучением внешних источников) и пассивную (по собственному излучению плазмы). Конечной целью диагностики плазмы, как правило, является проверка или построение физической (и математической) модели плазмообразующей среды.

Основными параметрами необходимыми для этого являются локальные и мгновенные значения концентрации и температуры различных компонент плазмы. Одним из основных направлений диагностики плазмы является регистрация с пространственным, временным и энергетическим разрешением потоков квантов и частиц.

Плазма, создаваемая в лаборатории, быстро меняет свои параметры во времени, а отличие между плазмой, создаваемой на различных установках, может достигать 10 порядков по концентрации частиц и 4-5 порядков по температуре. При исследовании плазменных объектов с высокими значениями концентрации, температуры и градиента плотности при малых размерах собственное рентгеновское излучение является одним из важнейших источников информации о протекающих в плазме процессах и её важнейших параметрах. Кроме того, в термоядерных исследованиях рентгеновскую эмиссию необходимо учитывать при расчете энергобаланса.

В то же время предпринимается ряд попыток практического использования излучения плотной высокотемпературной плазмы, например: для целей рентгеновской литографии [8-11], для создания лазеров рентгеновского диапазона [12], для исследования быстропротекающих процессов [13,14], для нагрева и сжатия плазмы в работах по лазерному термоядерному синтезу, где рентгеновское излучение является источником образования и нагрева сверхплотной плазмы [15,16] и т.д. Таким образом, исследование излучательных характеристик плотной высокотемпературной плазмы является актуальной задачей для понимания физических процессов динамики плазмы, построения и проверки физической и математической моделей плазмы, и создания источников рентгеновского излучения.

Целью настоящей работы является исследование рентгеновского излучения и динамики процессов в импульсной высокотемпературной плазме. А предметом исследований является сильноточный импульсный разряд типа «низкоиндуктивная вакуумная искра» (НВИ) и лазерная плазма как объект для отработки пространственных и энергетических измерений импульсной плазмы в рентгеновском диапазоне.

В первой главе диссертации обсуждается природа рентгеновского излучения, виды рентгеновского излучения плотной высокотемпературной плазмы, основные физические процессы при прохождении рентгеновского излучения через слой вещества, основные методы регистрации изображения и спектра рентгеновского излучения. Рассмотрены современные представления об основных процессах, протекающих под действием лазерного излучения с веществами, и в Z-пинчевых разрядах типа НВИ. Проводится обзор методов и результатов экспериментальных исследований спектров рентгеновского излучения импульсной высокотемпературной плазмы и динамики микропинчевого разряда типа НВИ.

Во второй главе приводится описание лазерных установок «XINGGUANG» и «SHENGUANG», конструкции исследуемых мишеней, кристаллического спектрографа с пространственным разрешением, десятиканального спектрометрического комплекса, схем экспериментов. Изложены методы определения электронной температуры по относительным интенсивностям различных линий, и метода восстановления спектра непрерывного рентгеновского излучения по итерационному методу. Описаны и обсуждены результаты экспериментальных исследований непрерывных спектров рентгеновского излучения и пространственных распределений электронной температуры лазерной плазмы.

В третьей главе приводится описание экспериментальной установки «Зона-2», модернизации основных узлов установки и системы инициирования разряда, выбранных (в соответствии с целью работы) средств и методов диагностики. Данные методики были использованы для:

1. Визуализации динамики плазменного канала разряда НВИ;

2. Изучения влияния положения триггера на условия формирования разряда;

3. Определения электронной температуры плазмы в плотных сильноизлучающих областях разряда;

4. Исследования энергетического состава рентгеновского излучения из области разряда;

5. Исследования модификации поверхности электродов с ростом числа разрядов и обнаружения ее влияния на формирование микропинча.

Описаны и обсуждены результаты исследования динамики развития микропинчевого разряда на установке «Зона-2» вышеизложенными методами.

В заключении сформулированы основные выводы из диссертации.

Научная и практическая значимость работы

1. Полученные в работе результаты имеют значение для понимания физических процессов динамики микропинчевого разряда типа НВИ. Они могут быть использованы для аналитического и численного моделирования динамики сжатия пинча.

2. Результаты проведенных исследований позволяют рекомендовать разряд типа НВИ в качестве удобного экспериментального стенда для отработки различных методов диагностики линчующейся плазмы.

3. Результаты работы могут быть использованы при разработке и создании источника рентгеновского излучения на основе микропинчевого разряда типа НВИ с лазерно - плазменным инициированием.

4. Разработанные при исследовании лазерной плазмы рентгеновские методики могут найти применение в диагностике импульсной высокотемпературной плазмы на других установках.

Автор выносит на защиту следующие, содержащие научную новизну основные результаты:

1. Разработку программного кода восстановления спектра непрерывного рентгеновского излучения на основании итерационного метода.

2. Результаты экспериментального исследования спектров рентгеновского излучения и электронной температуры лазерной плазмы для мишени из золота на установках «XINGGUANG» и «SHENGUANG» и зависимость выхода жесткого рентгеновского излучения и температуры «быстрых» электронов плазмы от длины волны лазерного излучения.

3. Определение пространственного распределения электронной температуры в лазерной плазме по относительным интенсивностям линий рентгеновского диапазона двухкомпонентной мишени на установке «XINGGUANG».

4. Результаты комплексного исследования пространственной структуры, временных и спектральных характеристик рентгеновского излучения на установке «Зона-2» и результаты определения электронной температуры плазмы микропинчевого разряда по ослаблению потока рентгеновского излучения в фотоэмульсии.

5. Результаты исследования влияния геометрии расположения эрозионных источников инициирования микропинчевого разряда на динамику его развития на начальной стадии, интенсивность рентгеновского излучения из анодной области и модификацию поверхности катода.

6. Результаты визуализации процессов развития сильноточного импульсного разряда НВИ методом теневого фотографирования.

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

• Научных сессиях МИФИ - 2004, 2005.

• X Всероссийской конференции по диагностике высокотемпературной плазмы, г. Троицк, Россия, 8-13 июня 2003г.

• 21ом Международном симпозиуме по физике ионизованных газов, г. Сокобаня, Югославия, 26-30 августа 2002г.

• VI Международном симпозиуме по радиационной плазмодинамике (РПД-2003), г. Звенигород, Россия, 22-24 октября 2003г.

• IV Российском семинаре "Современные средства диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окружающей среды", г. Москва, МИФИ, 2003г.

• Первом всероссийском семинаре по Z-пинчам, РНЦ «Курчатовский институт», г. Москва, 14-15 апреля 2004г.

• 7ой международной конференции по модификации материалов пучками частиц и потоками плазмы, г. Томск, Россия, 25-29 июля 2004г.

• V Международном симпозиуме по физике и диагностике плазмы (PDP-F 2004), г. Минск, Беларусь, 20-23 сентября 2004г.

• 130м Международном симпозиуме по сильноточной электронике, г. Томск, Россия, 25-29 июля 2004 г.

Публикации.

Основное содержание диссертации опубликовано в 11 печатных работах, в том числе 2 статьи в реферируемых журналах, 6 докладов на всероссийских и международных конференциях, 3 доклада на научных сессиях МИФИ. Их список представлен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и библиографии. Работа изложена на 166 страницах машинописного текста, содержит 60 рисунка и список литературы из 134 наименований.

Результаты работы могут быть использованы при разработке и создании источника рентгеновского излучения на основе микропинчевого разряда типа НВИ с лазерно - плазменным инициированием.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Отметим основные результаты, полученные в рамках данной диссертационной работы.

1. С помощью десятиканального спектрометрического комплекса проведены исследования спектров рентгеновского излучения и электронной температуры лазерной плазмы для мишени из золота на установках «XINGGUANG» и «SHENGUANG». Разработан программный код восстановления спектра непрерывного рентгеновского излучения, с помощью которого установлено присутствие в лазерной плазме группы «быстрых» электронов.

2. С помощью кристаллического спектрографа по относительным интенсивностям водородо- и гелиеподобных линий двухкомпонентной (Al-Mg) мишени определено распределение электронной температуры в лазерной плазме.

3. Проведено комплексное исследование пространственной структуры, временных и спектральных характеристик рентгеновского излучения плазмы микропинчевого разряда. Определено значение электронной температуры Те~2,0 кэВ (в предположении максвелловского распределения) и установлено наличие в области микропинча группы быстрых электронов, вызывающих тормозное рентгеновское излучение с энергией больше 15 кэВ.

4. Впервые показано влияние геометрии расположения эрозионных источников инициирования микропинчевого разряда на динамику его развития на начальной стадии, на интенсивность рентгеновского излучения из прианодной области и на модификацию поверхности катода.

5. Теневое фотографирование области разряда типа «низкоиндуктивная вакуумная искра» и исследование структуры катодной поверхности на модернизированной установке «Зона-2» подтверждают основные выводы о влиянии способа инициирования разряда на начальную стадию формирования микропинчевого разряда, полученные с помощью различных рентгеновских методик.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается систематическим характером исследований, использованием независимых экспериментальных методик, сопоставлением и удовлетворительным совпадением результатов экспериментов с результатами теоретического анализа и численного моделирования, а также сравнением полученных результатов с результатами других исследователей.

Основная часть работы была проведена в соавторстве с научным руководителем, доцентом Савёловым А.С., и научным сотрудником Ватутиным О.А., и старшим научным сотрудником Вовченко Е.Д., и доцентом Прохоровичем Д.Е. Личный вклад автора заключается в подготовке и проведении экспериментов на плазменной установке «Зона-2», разработке и настройке диагностического оборудования, а также обработке и анализе полученных результатов. Соавторы, принимавшие участие в исследованиях по отдельным направлениям, указаны в списке основных публикаций по теме диссертации. Все результаты, составляющие научную новизну диссертации и выносимые на защиту, получены автором лично.

В заключение автор хотел бы выразить искреннюю благодарность руководителю доценту А.С. Савёлову, заведующему кафедрой «Физика плазмы», профессору В.А. Курнаеву, научному сотруднику О.А. Ватутину, старшему научному сотруднику Е.Д. Вовченко, доценту Д.Е. Прохоровичу за ценные советы, помощь и содействие в выполнении диссертации.

1. Быковский Ю.А., Лагода В.Б., Шерозия Г.А. Получение тяжелых ионов с Z > 20 // Письма в ЖЭТФ, 1979, т.30, вып.8, с.489-491.

2. O.GSemyonov, А.Е. Gurey, А.Р. Kanavin and А.А. Tikhomirov. Applications of micropinch x-ray source // J. Vac. Sci. Technol. B, 2001, vol.19, № 4, p.1235-1240.

3. Akira Ohzu and Kazunori Lto Characteristics of hard x ray emission from laser - induced vacuum spark discharges // J. of Applied Physics, 2003, vol.93, № 12, p.9477-9482.

4. M.Keith Matzen Z pinches as intense x - ray sources for inertial confinement fusion applications // Fusion Engineering and Design, 1999, vol.44, p.287-293.

5. Ch.K.Erber, K.N.Kosheler, H.J.Kunze et al. Time development of Mg micropinches in a low inductance vacuum spark discharge // J. of Quantitative Spectroscopy Radioactive Transfer, 2000, vol.65, p. 195-206.

6. D.B.Sinars, S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko et al. X pinch radiation using an x - ray streak camera //J. of Quantitative Spectroscopy Radioactive Transfer, 2003, vol.78, p.61-83.

7. GSchriever, U.Stamm, K.Gabel et al. High power EUV sources based on gas discharge plasmas and laser produced plasmas // Microelectronic Engineering, 2002, vol.61, p.83-88.

8. Glibert K.M., Anthes J.P., Nagel D.J. et al. X-ray yields of plasmas heated by 8-nsec neodymium laser pulses // J. Appl. Phys., 1980, vol.51, № 3, p.1449-1451.

9. Yaakobi В., Kim H., Soures J.M., Deckman H.W., Dunsmuir J. Submicron x-ray lithography using laser-produced plasma as a source // Appl. Phys. Letts, 1983, vol.43, p.686-688.

10. Быковский Ю.А., Канцырев В.JI., Каплун Э.Ф., и др. Электронная техника // Серия 1. Электроника СВЧ. 1979, вып.1, с.84.

11. D. Stutman, М. Finkenthal Investigation of the low-inductance vacuum spark as a source of soft X-ray atomic quasi-continua for optical pumping // J. Phys. B: At Mol. Opt. Phys., 1997, vol.30, p.951-961.

12. J.F. Holzrichter, C.M. Dozier, J.M. McMahon X-ray point-source projection photography with a laser-produced source // Appl. Phys. Letts., 1973, vol.23, № 12, p.687-689.

13. Басов Н.Г. Рентгеновская диагностика лазерной термоядерной плазмы. // Труды физического института имени П.Н. Лебедева. Т.203, М.: Наука, 1990, с. 142-210.

14. T.Mochizuki, S.Sakabe, K.Okada, H.Shiraga, T.Yabe and C.Yamanaka Ablative Acceleration of Pellet Shells Irradiated by External Soft X-ray Sources // Japan. J. Appl. Phys., 1983, vol.22, part 2, № 3, L133-L135.

15. Rosen M. D., Hagelstein P.L., Matthews D.L. et al. Exploding-Foil Technique for Achieving a Soft X-Ray Laser // Phys.Review Letters, 1985, vol.54, №2, p. 106-109.

16. Синхротронное излучение. Свойства и применение. // Под ред. К.Кунца. М.: Мир, 1981 г.

17. H.Oertel, H.L.Huber, M.Schmidt Exposure instrumentation for the application of x-ray lithography using synchrotron radiation // Rev. Sci. Instrum., 1989, vol.60, № 7, p.2140-2143.

18. Eidmann K., Kishimoto T. Absolutely measured x-ray spectra from laser plasmas with targets of different elements // Appl. Phys. Lett., 1986, vol.49, №7, p.377-378.

19. А.В.Виноградов, В.Н.Шляпцев Характеристики лазерно плазменного рентгеновского источника // Квантовая электроника, 1987, т. 14, № 1,с.5-26.

20. В.А.Кадетов, Ли Джэн хун, А.С.Савёлов и др. Исследование динамики микропинчевого разряда и эрозии электродов // Препринт МИФИ, №015-98, 1998 г., 31 стр.

21. В.Д.Вихарев, Г.С.Волков и др. Характеристики мягкого рентгеновского излучения при термализации электродинамически ускоряемых плазменных потоков // Тез. докладов I Всесоюзного Симпоз. по радиац. плазмодинамике, Энергоатомиздат, М.: 1989, ч. 1, с.89-90.

22. К.Т. Караев, А.Е. Гурей, Н.В. Калачёв и др. Оптимизация спектра микропинчевого источника мягкого рентгеновского излучения для целей рентгеновской микроскопии и литографии // Тез. докл. XXVI Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС, 1999 г.

23. Ананьин О.Б., Афанасьев Ю.В., Быковский Ю.А., Крохин О.Н. Лазерная плазма. Физика и применения. // Монография. М.: МИФИ, 2003, с.279-348.

24. Грим Г. Спектроскопия плазмы. // М.: Атомиздат, 1969 г.

25. R.Doron, E.Behar, М. Fraenkel, P. Mandelbaum, A. Zigler, J.L. Schwob, A. Ya. Faenov, T.A. Pikuz Analysis of X-Ray spectrum emitted by laser-produced plasma in 7.5 to 12 A wavelengths range // Phys. Rev. A., 2000, vol.62, p.502-508

26. X-Ray CCD or MCP // SPIE Proceedings, 2001, vol.4504, p. 14-25.

27. Подгорный И. M. Лекции по диагностике плазмы. // М.: Атомиздат, 1968, с.117-128.

28. Stratton T.F. In : Optical Spectrometric Measurement of High Temperatures. // Ed. by P.J.Dickerman, Chicago, The University Chicago Press, 1961, p.99.

29. Собельман И.И. Введение в теорию атомных спектров. // М.: Физматгиз, 1963 г.

30. Коган В.И., Мигдал А.Б. В сб. Физика плазмы и проблема управляемых термоядерных реакций, //т. 1, М.: изд-во АН СССР, 1958, с. 172.

31. Канцырев B.JI. Сравнение источников мягкого рентгеновского излучения для рентгенолитографии и особенности применения плазменных источников в рентгенолитографии // Поверхность, 1983, №11, с.50-55.

32. Вергунова Г.А., Кологривов А.А., Розанов В.Б. и др. Спектральные и энергетические характеристики электромагнитного излучения лазерной плазмы // Физика плазмы, 1987, т.13, вып.З, с.342-349.

33. P.Marmier and E.Sheldon Physics of nuclei and particles // V. 1, chapter 4, Academic Press Inc., New York, 1969.

34. Абрамов А.И., Казанский Ю.А., Матусевич E.C. Основы экспериментальных методов ядерной физики. // М.: Энергоатомиздат, 1985 г.

35. Price R.H. Low energy x-ray diagnostics 1981. // Ed. D.T.Attwood, B.L.Henke. New York.: Am.Inst.Physics, 1981, p.189-199.

36. Boyle M.J., Ahlstrom H.G Imaging characteristics of an axisymmetric, grazing incidence x-ray microscope designed for laser fusion research // Rev.Sci.Instrum., 1978, vol.49, № 6, p.746-751.

37. Underwood J.H. High-energy x-ray microscopy with multilayer reflectors // Rev.Sci.Instrum., 1986, vol.57, № 8, p.2119-2123.

38. Ceglio N.M. Smith H.I. Micro-Fresnel zone plates for coded imagingapplications //Rev.Sci.Instrum., 1978, Vol.49, № 1 p.l5-20.

39. Аристов В.В., Басов Ю.А., Кулипанов Г.Н. и др. Первый опыт передачи изображения брэгг-френелевской рентгеновской линзой // Письма в ЖТФ, 1988, т. 14, № 1, с.3-6.

40. Аристов В.В., Басов Ю.А., Снигирев А.А. Экспериментальное обнаружение фокусировки рентгеновских лучей при брэгтовской дифракции с зонной структурой Френеля // Письма в ЖТФ, 1987, т. 13, №2, с. 114-118.

41. Eidmann К., van Kessel С., Key М.Н. et al. // Plasma physics and controlled nuclear fusion research, Vienna, IAEA, 1975, vol.2, p.402-420.

42. Eidmann K., Key M.H., Sigel R. X-ray emission from laser-irradiated plane solid targets // J. Appl.Phys. 1976, vol.47, № 6, p.2402-2414.

43. Kilkenny J.D. et al. // Proceedings of SPIE, 1986, vol.1913, p. 147.

44. Finn N., Hall T.A., McGoldrick E. Subnanosecond x-ray framing camera //Appl.Phys.Lett. 1985, vol.46, № 8, p.731-733.

45. Кологривов A.A., Михайлов Ю.А., Склизков Г.В. и др. // Квантовая электроника, 1975, т.2, с.2223-2230.

46. Брагин Б.Н., Брюхневич Г.И., Весельницкий И.М. и др. Электронно-оптические преобразователи для измерения параметров быстропротекающих процессов //В сб. «Диагностика плазмы», М.: Энергоатомиздат, 1990, вып.7, с.209-265.

47. Nakano N., Kuroda Н. Energies and time-resolved spectroscopy of 10-2000-A-ring emissions from laser plasmas produced by a picosecond laser // Phys. Rev. A., 1987, vol.35, № 11, p.4719-4728.

48. Eidman K., Kishimoto Т., Herrmann P. et al. // Laser and Particle Beams, 1986, vol.4, part 3, p.521-536.

49. Alexandrov Yu. A., Koshevoi M.O., Murashova V. A. et al. // Laser and Particle Beams, 1988, vol.6, part 3, p.561-567.

50. Kornblum H.N., Kauffman R.L., Smith J.A. Measurement of 0.1-3-keV X-rays from laser plasmas // Rev.Sci.Instrum., 1986, vol.57, № 8,р.2179-2181.

51. Басов Н.Г., Захаренков Ю.А., Рупасов А.А., Склизков Г.В., Шиканов А.С. Диагностика плотной плазмы. // М.: Наука, Гл. ред. Физ-мат. лит., 1989, с.124-175.

52. Johnson D.J. An x-ray spectral measurement system for nanosecond plasmas. // Rev.Sci.Instrum., 1974, vol.45, № 2, p. 191-194.

53. Ерохин A.A., Зверев C.A., Кологривов A.A. и др. // Кратк. Сообщ. по физике, ФИАН, 1979, № 9, с.27-32.

54. Афанасьев Ю.В., Басов Н.Г., Васин Б.Л. и др. // ЖЭТФ, 1979, т.77, с.2539-2554.

55. Ананьин О.Б., Афанасьев Ю.В., Быковский Ю.А., Крохин О.Н. Лазерная плазма. Физика и применения. // Монография. М.: МИФИ, 2003, с.8-22.

56. Афансьев Ю.В., Басов Н.Г., Крохин О.Н. и др. Взаимодействие мощного лазерного излучения с плазмой. // М.: Итоги науки и техники, 1978, т.17, (Сер. "Радиотехника").

57. Puell Н. // Z. Naturf. 1970, vol.25 А, р. 1807.

58. А.Варанавичюс, Т.В.Власов, Р.В.Волков и др. Зависимость выхода жесткого рентгеновского излучения из плотной плазмы от длины волны греющего сверхкороткого лазерного импульса // Квантовая электроника, 2000, т.ЗО, № 6, с.523-528.

59. Conturaud J.C. Spectroscopic study of laser created aluminum plasma // Optics Comminications, 1977, vol.22, № 1, p.71-74

60. Лукьянов С.Ю., Ковальский Н.Г. Горячая плазма и управляемый ядерный синтез. // М.: МИФИ, 1997, с.379-390.

61. В.И. Афонин, В.П. Лазарчук, С.И. Петров, А.В. Потапов Исследование параметров плазменных точек в Z-пинче // Физика плазмы, 1997, т.23, № 11, с.1002-1007.

62. JI.E. Аранчук, C.A. Данько, A.B. Копчиков, В.Д. Королев, A.C. Чуватин, В.В. Яньков Экспериментальное исследование плазмы в перетяжке быстрого Z-пинча // Физика плазмы, 1997, т.23, № 3, с.215-221.

63. P.Silva, V.Favre Properties of hotspots in plasma focus discharges operating in H-Ar mixtures // J.Phys.D: Appl.Phys., 2002, vol.35, p.2543-2550.

64. Бурцев B.A., Грибков B.A., Филиппова Т.И., Высокотемпературные пинчевые образования // М.: Итоги науки и техники. Серия: Физика плазмы, т. 2, 1981, с.80-137.

65. Marek Scholz, Barbara Bienkowska, Irena Lvanova-Stanik, et al. X-ray and Neutron Emission from PF-1000 Facility // AIP Conference Proceedings -December 19, 2002, vol.651, № 1, p.255-260.

66. Веретенников B.A., Грибков B.A., Кононов Э.Я., Семенов О.Г., Сидельников Ю.В. Исследование динамики разряда малоиндуктивной вакуумной искры с помощью лазерной теневой методики // Физика плазмы, 1981, т. 7, вып.2, с.455-463.

67. K.N. Koshelev, N.R. Pereira Plasma points and radiative collapse in vacuum sparks // J. Appl. Phys., 1991, vol.69, p. R21-R44.

68. J. Davis, J.L. Giuliani, Jr., M. Mulbrandon Influence of L-shell dynamics on K-shell yields for imploding krypton Z-pinch plasmas // Phys. Plasmas, 1995, vol.2, № 5, p.1766-1774.

69. Алиханов Г.С., Васильев В.И., Кононов Э.Я., Кошелев Ю.В., Сидельников Ю.В., Топорков Д.А. // Физика плазмы, 1984, т. 10, с. 1051.

70. Вихрев В.В., Иванов В.В., Кошелев К.Н. Формирование и развитие микропинчевой области в вакуумной искре // Физика плазмы, 1982, т.8, №6, с.1211-1219.

71. Анциферов П.С., Вихрев В.В., Иванов В.В., Кошелев К.Н. Температура плазменных точек в вакуумно-искровых разрядах // Физика плазмы, 1990, т. 16, № 8, сЛ 018-1023.

72. O.A. Bashutin, E.D. Vovchenko, A.S. Savjolov, V.A. Kadetov, Lee Zh.H. Optical diagnostics of the plasma dynamics in "vacuum spark" // Proc. Intern. Congress on Plasma Phys., Praga, 1998, Vol.22C, p.1021-1022.

73. Lee T.N., Elton R.C. X-Radiation from optical and inner shell transitions in a highly ionized dense plasma // Phys. Rev. A, 1971, vol.3, № 3, p.865-871.

74. Lee T.N. High density ionization with an intense linear focus discharge // Annals of New York Academy of Sciences, 1975, vol.251, p. 112-125.

75. Negus C.R., Peacock N.J. Local regiones of high-pressure plasma in a vacuum spark // J. Phys. D: Appl. Phys., 1979, vol. 12, p.91.

76. Веретенников B.A., Полухин C.H., Семенов О.Г., Сидельников Ю.В. Экспериментальное исследование динамики микропинча вакуумной искры // Физика плазмы, 1981, т.7, вып.6, с.1199-1207.

77. Веретенников В.А., Гурей А.Е., Писарчик Т., Полухин С.Н., Рупасов А.А., Саркисов Г.С., Семенов О.Г., Шиканов А.С. Измерение пространственных параметров плазмы микропинчевого разряда по эффекту Фарадея // Физика плазмы, 1990, т. 16, вып.7, с.818-822.

78. Полухин С.Н. Исследование разряда малоиндуктивной вакуумной искры лазерно-оптическими методами. // Дисс. канд. физ.-мат. наук, М.: ФИАН, 1992, 144 с.

79. Ли Джен Хун Динамика развития микропинчевого разряда типа низкоиндуктивная вакуумная искра с поперечным плазменным инициированием. // Дисс. канд. физ.-мат. наук, М.: МИФИ, 1999, 125 с.

80. Chuanqui, M.Favre, E.S.Wyndham, R.Aliaga Rossel, I.Mitchell, L.Soto Observation of plasma dynamics in the vacuum spark // Phys. Plasmas, 1995, vol.2, № 10, p.3910-3916.

81. Прохорович Д.Е. Процессы в разряде низкоиндуктивной вакуумной искры в до- и сверхкритическом токовых режимх. // Дисс. канд. физ.-мат. наук, М.: МИФИ, 2003, 123 с.

82. Кононов Э.Я., Кошелев К.Н. и др. // Физика плазмы, 1985, т.11, с.538.

83. R.Burhenn, B.S.Harn, S.Gossling, H.J.Kunze et al. Electron temperature scaling in a vacuum spark discharge // J. Phys. D, 1984, vol.17, p. 1665-1669.

84. Аверкиев B.B., Долгов A.H., Ляпидевский B.K., Савёлов А.С., Салахутдииов Г.Х. Измерение спектра рентгеновского излучения микропинчевого разряда многоканальным сцинтилляционным спектрометром // ПТЭ, 1991, № 2, с.173-176.

85. Аверкиев В.В., Долгов А.Н., Ляпидевский В.К., Савёлов А.С., Салахутдинов Г.Х. Многоканальная регистрация динамики ренгеновского излучения микропинчевого разряда // Физика плазмы, 1992, т.18, вып.6, с.724-732.

86. Долгов А.Н., Кириченко Н.Н., Ляпидевский В.К., Савёлов А.С., Салахутдинов Г.Х. Наблюдаемый спектр излучения микропинча в диапазоне 1 K3B<hv<300 кэВ и процессы в его плазме // Физика плазмы, 1993, т. 19, вып. 1, с.97-103.

87. Cilliers W.A., Dalta R.U., Griem H.R. Spectroscopy measurements on vacuum spark plasmas // Phys. Rev., 1975, Vol. 12A, № 4, p. 1408-1418.

88. Г.С. Волков, В.И. Зайцев, С.Лангли, B.O. Мишенский и др. Спектрограф мягкого рентгеновского излучения с регистрацией на П.З.С. // ПТЭ, 1997, № 1 с.125-130.

89. Г.С. Волков, С.А. Данько, П. Зентер, В.И. Зайцев, В.О. Мишенский и др. Спектроскопия композитных Z-пинчей на установке «Ангара-5-1» // Физика плазмы, 1999, т.25, № 1, с.38-45.

90. R.U. Datla, H.R.Griem Stark profile measurements on Lyman series lines of Al XIII // Phys. Fluids, 1978, vol.21, № 3, p.505-508.

91. R.U. Datla, H.R.Griem Electron density measurement using the Stark profiles of Al XII lines // Phys. Fluids, 1979, vol.22, № 7, p. 1415-1416.

92. Кононов Э.Я., Кошелев K.H. и др. Спектроскопическое измерение электронной плотности плазмы "горячей точки" малоиндуктивной вакуумной искры // Письма в ЖЭТФ, 1980, т.31, вып. 12, с.720-723.

93. J.F. Seely, T.N. Lee Density measurement in a vacuum-spark-discharge microplasma from the inner-shell excitation of satellite transitions // Phys. Rev. A, 1984, vol.29, № 1, p.411-414.

94. Kauffman R.L., Lee R.W., Estabrook K., et al. Dynamics of laser-irradiated planar targets measured by X-ray spectroscopy // Phys. Rev. A, 1987, vol.35, № 10, p.4286-4294.

95. Burkhalter P.G, Herbst M.J., Duston D., et al. Density and temperature profiles with laser-produced plasmas in the classical-transport regime // Phys. Fluids, 1983, vol.26, № 12, p.3650-3659.

96. Drake R.P., Turner R.E., Lasinski B.F. et al. X-ray emission caused by Raman scattering in long-scale-length plasma // Phys. Rev. A, 1989, vol.40, №6, p.3219.

97. Бойко B.A., Виноградов A.B., Пикуз C.A. и др. Рентгеновская спектроскопия лазерной плазмы // Итоги науки и техники: Радиотехника. М.: ВИНИТИ, 1980, т.27.

98. Бойко В.А., Пикуз С.А., Фаенов А.Я. // ПТЭ, 1980, № 2, с.5-24.

99. Тенишев В.П. В сб. «Спектральные методы и средства измерения параметров плазмы многозарядных ионов» // М.: Издательство НПО ВНИИФТРИ, 1988, с.92-101.

100. Виноградов. А.В., Брытов.И.А., Грудский.А.Я., Коган.М.Т., Кожевников.И.В., Слемзин.В.А. Зеркальная рентгеновская оптика // Л.: Машиностроение, 1989, с.302-314.

101. Yang Jiamin, Ding Yaonan, Zheng Zhijian et al. Soft X-ray response of medical film 5F: models and measurement // J. of Optics (in Chinese, abstract in English), 1997, vol.17, № 5, p.599-603.

102. Qi Lanying, Yang Jianguo, Yi Rongqing, Zheng Zhijian, Li Sanwei, Liu Zhongli A hard x-ray spectrometer used in laser plasma interaction experiments // High power laser and particle beams (in Chinese, abstract in English), 1993, vol.5, № 2, p.309-316.

103. Л.В.Атрощенко, С.Ф.Бурачес, Л.П.Гальчинецкий и др. Кристаллы сцинтилляторов и детекторы ионизирующих излучений на их основе // Киев: Наукова думка, 1998, 127 с.

104. ПО.Меликов Ю.В. Экспериментальные методы в ядерной физике // Курс лекций. М.: Изд-во Моск. университета, 1996 г.

105. Ш.Васильев В.Н., Лебедев Л.А., Сидорин В.П., Ставицкий Р.В. Спектры излучения рентгеновских установок // Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1990, с.39-45.

106. Yi Rongqing, Qi Lanying, et al. // High power laser and particle beams (in Chinese, abstract in English), 1990, vol.2, № 1, p.23-28.

107. Иванов В.В. Перенос излучения и спектры небесных тел // М.: Наука, 1966.

108. Биберман Л.М. // ЖЭТФ, 1947, т. 17, с.419.

109. Dyall K.G., Grant I.P., Johnson С.Т., et. al. GRASP: A general-purpose relativistic atomic structure program // Comput. Phys. Commun., 1989, vol.55, p.425-456.

110. Лукьянов.С.Ю.ДСовальский.Н.Г. Горячая плазма и управляемыйядерный синтез // МИФИ, Москва, 1997, с.215-247.

111. Marjoribanks R.S., Richardson М.С., Jaanimagi RA. et. al. Electron-temperature measurement in laser-produced plasmas by the ratio of isoelectronic line intensities // Phys. Rev A, 1992, vol.46, № 4, p. 1747-1750.

112. Li Sanwei, Qi Lanying, Yi Rongqing, Zheng Zhijian, Tang Daoyuan A Unfolding of Hard X-ray Spectrum in Laser Fusion // High Power Lasers and Particle Beams (in Chinese, abstract in English), 1995, vol.7, № 2, p.205-210.

113. Бурдонский И.И., Гаврилов B.B., Пергамент М.И., и др. Использование мини-ЭВМ для обработки экспериментальных данных на фотоносителях // В сб. «Диагностика плазмы», вып. 5, М.: Энергоатомиздат, 1986, с.276-281.

114. Gitomir S.J., Jones R.D., Begay F. et al. Fast ions and hot electrons in the laser-plasma interaction // Phys.Fluids, 1986, vol.29, p.2679.

115. Батурин В.П., Антоненко Э.М. Учет «быстрых» электронов в задачах взаимодействия лазерного излучения большой интенсивности с веществом // Доклад на конференции по численным методам газодинамики. Абрау-Дюрсо, Россия, 7-11 сентября 1998 г.

116. Анисимов С.И., Прохоров A.M., Фортов В.Е. Применение мощных лазеров для исследования вещества при сверхвысоких давлениях // УФН, 1984, т. 142, вып.З, с.395-434.

117. Cohen L., Feldman U., Swartze M., Underwood J.H. Study of the X-ray produced by vacuum spark // J. Opt. Soc. Am., 1968, vol.58, № 6, p.843-846.

118. Negus C.R., Peacock N.J. Local regions of high-pressure plasma in a vacuum spark // J.Appl.Phys., 1974, vol.45, № 7, p.3825-3827.

119. Welch T.J., Clothiaux E.J. X-ray structure of pinched plasma in a vacuum spark // J.Phys.D: Appl.Phys., 1979, vol. 12, p.91.

120. А.Е.Гурей, А.Н.Долгов, Д.Е.Прохорович, А.С.Савёлов, А.А.Тихомиров Корреляция параметров ионной эмиссии и рентгеновского излучения из плазмы микропинчевого разряда // Физика плазмы, 2004, т.ЗО, № 1, с.41-46.

121. Schwob J.L., Frankel B.S. Evidence of high temperature in minute plasma points from x-ray spectra of Fe XXV and Fe XXVI // Phys. Letters, 1972, vol.40A, № l,p.81-82.

122. Вовченко Е.Д. Многоканальный осветитель на основе наносекундного разряда в азоте при атмосферном давлении для диагностики быстропротекающих плазменных процессов. // Дисс. канд. физ.-мат. наук, М.: МИФИ, 2003, 116 с.

123. Аверин М.С., Башутин О.А., Вовченко Е.Д., Ли Саньвэй, Прохорович Д.Е., Савёлов А .С. Многоканальный TEA N2 -лазер для визуализации импульсной плазмы в наносекундном диапазоне // ПТЭ, 2004, № 2, с.42-46.

124. J.W. Robinson Handbook of spectroscopy // V. I, Depart, of chem. Louisians State university, Baton Rouge, Louisiana, CRC PRESS INC., 1979.

125. Brown D.B., Criss J.W., Birks L.S. Sensitivity of X-ray films. I. A model for sensitivity in the 1 100 keV region // J. Appl. Phys., 1976, vol.47, № 8, p.3722 - 3739.

126. Henke B.L., Fujiwara F.G, Tester M.A. Low energy X-ray response of photographic film. Experimental characterization // J. Opt. Soc. Amer. B, 1984, vol.1, №6, p.828 849.

127. S.Bashkin and J.O.Stoner Atomic energy levels and grotrian diagram // v.II, Noth-Holland Publ. Co., Amsterdam, 1978, p.715.