Экспериментальное исследование энергетического и зарядового распределения быстрых тяжелых ионов при взаимодействии с плазмой тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

Государственный Научный Центр Российской Федерации Институт Теоретической и Экспериментальной Физики

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО И ЗАРЯДОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ БЫСТРЫХ ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ПЛАЗМОЙ

Специальность 01.04.01 - Приборы и методы экспериментальной физики

На правах рукописи

Туртиков Владимир Иванович

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 2004 г.

УДК 537.534.7

Работа выполнена в Государственном Научном Центре Российской Федерации Институте Теоретической и Экспериментальной Физики, г. Москва

Научный руководитель - кандидат физико-математических наук,

A. А. Голубев

(ГНЦ РФ ИТЭФ им. Алиханова, г. Москва)

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук,

B. В. Куликов

(ГНЦ РФ ИТЭФ им. Алиханова, г. Москва)

доктор физико-математических наук,

профессор Б. В. Кутеев

(Российский научный центр "Курчатовский

институт")

Ведущая организация - Московский Инженерно Физический Институт

(государственный университет)

Защита состоится 21 декабря 2004 г. в 11 час. 00 мин. на заседапии диссертационного совета Д.201.002.01 при Государственном Научном Центре Российской Федерации Институте Теоретической и Экспериментальной Физики по адресу: 117218 Москва, Б. Черёмушкинская 25, ГНЦ РФ ИТЭФ, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ ИТЭФ.

Автореферат разослан 19 ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д.201.002.01 при ГНЦ РФ ИТЭФ кандидат физико-математических наук

В. В. Васильев

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертации. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом относится к классическим разделам атомной и ядерной физики. С развитием ускорительной техники, направленной па создание мощных ускорительных установок, позволяющих получать мощные пучки тяжёлых ионов ГэВ-ных энергий с полной энергией в пучке до 100 кДж, особенно вырос интерес к исследованиям процессов при взаимодействии интенсивных пучков тяжелых ионов с веществом в диапазоне энергий от десятка до сотен МэВ/а.е.м. [1-3]. Это обусловлено необходимостью знания точных значений фундаментальных параметров взаимодействия и развитием новых направлений их использования, как медицинских - таких как пучковая терапия [4], позитронно-эмиссионная томография [5], так и поиск пути решения энергетических проблем - инерциальный термоядерный синтез (ИТС) на пучках тяжелых ионов, где ускорители тяжелых ионов с энергией ионов около 5 -10 ГэВ рассматриваются как перспективные для использования в качестве тяжелоионного драйвера.

На сегодняшний день в мире проводится большое количество теоретических и экспериментальных работ по изучению фундаментальных физических процессов, определяющих конструкцию термоядерной мишени и необходимые параметры будущего драйвера [б]. Расчет параметров драйвера тяжелоионного инерциального синтеза требует адекватного количественного описания процессов взаимодействия тяжелоионных пучков с плотной плазмой в широком диапазоне параметров. Основное энерговыделение пучка тяжелых ионов в разных типах термоядерных мишеней будет проходить в плотной (пе > 1022 см""3) высокотемпературной (Те = 100 — 300 эВ) плазме, образованной этим же энерговыделением. Таким образом, пробеги тяжелых многозарядных ионов в мишени и ионизационные потери будут обусловлены тормозной способностью плотной высокотемпературной плазмы. Следовательно, знание величин пробегов и профилей энерговыделения тяжелых заряженных частиц в плазме позволят более точно рассчитать конструкцию термоядерной мишени.

В настоящее время экспериментально получить плазму с твердотельной плотностью, необходимую для проведения исследования в рамках программы ИТС, с помощью интенсивного пучка не представляется возможным. Поэтому для изучения процессов, происходящих при торможении ионов в ионизированном веществе, используют плазму созданную другими способами (разряд в газе [7,8], капиллярный разряд [9], лазерная плазма [10], плазма взрывного генератора [11] и т.д.). Эксперименты по измерению потерь энергии ионов в плазме различных газов [12-16] позволили получить ряд ценных данных по особенностям торможения тяжелых заряженных частиц в ионизовапиом веществе с плотностью свободных электронов порядка 1017 — 1019 см""3.

Потребность в новых экспериментальных данных по торможению тяжёлых ионов в плазме с электронной плотностью выше 1019 см""3, необходимых для адекватного качественного описания процессов взаимодействия тяжёлоионных пучков с плотной плазмой в широком диапазоне параметров, является принципиальным обоснованием актуальности дапных исследований.

Цель работы. Систематическое экспериментальное исследование энергетических потерь и зарядового распределения ионов различных атомных масс в диапазоне энергий 3.6 - 11.4 МэВ/а.с.м. в плазме с электронной плотностью выше 1019 см~3.

Общая методика исследований. Импульсный характер работы плазменной мишени определяет необходимость регистрации с временным разрешением энергетических потерь и зарядового распределения тяжёлых ионов при взаимодействии с плазмой капиллярной мишени. Измерение энергетических потерь тяжёлых ионов проведено по методике времени пролёта (йше-о№;>Ы: или ТоБ метод), использующей частотную_мйДуляцию пучка ионов

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ I БИБЛИОТЕКА |

линейного ускорителя. Зарядовое распределение тяжёлых ионов измерено на магнитном анализаторе, изображение зарядовых составляющих пучка получаемое на сцинтилляторе развернуто по времени с помощью фоторегистратора (стрик-камеры).

Научная новизна работы выражается в следующем:

1. Впервые проведено измерение давления в плазменной мишени с испаряющейся стенкой на основе сильноточного капиллярного разряда (далее КРИС) с пространственным (вдоль длины капилляра) и временным разрешением (~ 50 не). Получены экспериментальные данные по поведению давления для трех значений диаметра капилляра. Показано, что установление однородной по объёму мишени плазмы происходит через ~3 мке от момента генерации плазмы со временем жизни однородной плазмы ~1 мкс.

2. Проведено систематическое измерение энергетических потерь пучков ионов С, Кг, Pb, U с энергией 3.6 - 11.4 МэВ/а.е.м. в плазменной мишени на основе КРИС, с плотностью свободных электронов в диапазоне 101' см~3 - 5 • 1019 см~3. Из анализа экспериментальных данных видно, что зафиксированный эффект увеличения энергетических потерь ионов в плазме по сравнению с холодным веществом обусловлен взаимодействием со свободными электронами плазмы.

3. Проведено сравнение полученных экспериментальных данных по энергетическим потерям ионов С, Кг, РЪ, U с энергией в диапазоне 3.6 - 11.4 МэВ/а.е.м. в плазменной мишени с энергетическими потерями протонов той же скорости. Отношение данных для ионов и протонов сравнивается со средним выходным зарядом ионов и расчётной величиной для холодного газа. Показано, что заряд ионов в частично ионизованной неводородной плазме практически совпадает с величиной для холодного газа.

4. На основе экспериментальных данных по энергетическим потерям и зарядовому распределению ионов U28 + и U76+ (с энергией EQ = 11.5 МэВ/а.с.м.) на выходе из плазменной мишени впервые экспериментально обнаружен эффект перехлёста выходного заряда на выходе из плазменного объёма. Полученные значения среднего равновесного заряда пучка ионов на выходе,

г /28 +

ионов [/ , указывают на влияние тормозных потерь ионов на величину среднего равновесного заряда на выходе из мишени.

Практическая ценность работы. Продемонстрирована возможность использования капиллярного разряда в качестве хорошо контролируемой мишени в экспериментах по торможению ионов в плазме.

Полученные в диссертационной работе новые экспериментальные результаты по энергетическим потерям ионов и по зарядовому распределению ионов в плазме с плотностью свободных электронов в диапазоне 1019 см"3 - 5 • 1019 см"3 могут послужить основой для доработки современных теоретических моделей описывающих процессы взаимодействия тяжёлоионных пучков с плазмой.

Апробация результатов. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на "Всероссийской Конференции по Физике Плазмы", Звенигород, 2001; на международном семинаре "Physics of High Energy Density in Matter" International Workshop at Hirschegg, Klein-Walsertal(Austria), 2001; на XIV международном симпозиуме "Heavy Ion Inertial Fusion", Москва, 2002; на 30°* международной конференции EPS "Controlled Fusion and Plasma Physics", С.Петербург, 2003; семинары ИТЭФ, других странах.

Публикации автора. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ (статьи, тезисы докладов). Основные публикации автора по теме диссертации см. в конце автореферата.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения, а также из списка использованной литературы — всего 130 страниц текста, созданного пакетом программ компьютерной системы типографского набора ШЛХ, включая 39 рисунков и библиографию из 119 наименований.

Краткое содержание работы.

Во введении даётся обоснование актуальности темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, представлены сведения о структуре диссертации, описана научная новизна, сформулированы положения, выносимые на защиту.

В первой главе кратко сформулированы основные положения теоретического описания торможения тяжёлых ионов в холодном и ионизованном веществе в рамках модели Бора, Бете и Блоха в приближении точечного иона. Приведены схемы расчётов кулоновского логарифма взаимодействия в зависимости от энергии и сорта ионов. Рассмотрено понятие эффективного заряда ионов. Приводится обзор процессов ионизации и рекомбинации при торможении быстрых ионов для используемых в данной работе параметров плазменной мишени и энергетического диапазона налетающих ионов.

Даётся обзор экспериментальных работ по данной тематике. Рассмотрены различные типы митепей и методы диагностики их параметров, представлены методы измерения энергетических потерь и зарядовых распределений ионов. Особое внимание уделено экспериментам с плазменными мишенями, отмечены основные особенности торможения тяжелых заряженных частиц в ионизованном веществе с плотностью свободных электронов порядка 1017 - 1019 см~3:

• предсказываемое теорией и подтверждённое экспериментами увеличение тормозной способности плазмы по сравнению с холодным веществом за счет взаимодействия со свободными электронами плазмы;

• эффективный заряд налетающего иона в полностью ионизованном газе имеет более высокую величину, чем в холодпом газе, что также приводит к увеличению энергетических потерь налетающих частиц.

Сформулирована основная цель исследований.

Во второй главе даётся общее описание экспериментальной установки. Приведены параметры тяжёлоионного ускорителя UNILAC (GSI, Дармштадт, Германия), используемого в эксперименте. Обосновывается выбор и описывается конструкция плазменной мишени на основе капиллярного разряда с испаряемой степкой (КРИС).

Данная плазменная мишень ранее использовалась в экспериментах по измерению потерь энергии протонов с энергией 3 МэВ в ИТЭФ на линейном протонном ускорителе НЧУ ИСТРА-36 [9].

Конструктивно мишень представляла собой капилляр с расположенными на его торцах разрядными электродами, изготовленными из графита. Для обеспечения прохождения пучка ионов сквозь плазменную мишень в центре электродов были сделаны отверстия Во время прохождения импульса тока пространство капилляра заполняется веществом, испаряющимся со стенок за счёт джоулева нагрева. Происходит диссоциация, а затем ионизация испаренного вещества, и в капилляре образуется плазма высокого давления - в сотни атмосфер. В условиях КРИС температура, давление и химический состав

плазмы зависят от подводимой к разряду мощности, геометрии и материала капилляра. В качестве материала стенки капилляра, как и в работе [9], был выбран полиэтилен (СН2)п-Использовались плазменные мишени с различными диаметрами капилляра 1,5 мм, 2,0 мм и 3,0 мм (соответствующие им плотности свободных электронов плазмы 5,5 • 1019 см"3, 4, б • 1019 см~3 и 3,2 • 1019 см~3, при температуре Т~ 3 эВ), при длине капилляра - 50 мм.

Выбор данной мишени позволил провести исследование взаимодействия пучка тяжелых ионов с плазмой при линейной плотности свободных электронов в плазме больше чем 1,5 • 1020 см""2, и дал возможность использовать экспериментальные данные пшерь энергии пучка протонов для определения эффективного заряда тяжелых ионов.

К особенностям конструкции мишени следует отнести отсутствие входного и выходного окон, ограничивающих плазменный объем мишени от вакуумной системы ускорителя и использование системы дифференциальной откачки мишени, состоящей из автономной системы вакуумной откачки и ряда диафрагм (диаметром от 4 мм до 1 5 мм).

Для транспортировки пучка ионов через плазменную мишень использованы элементы ионной оптики, трансмиссионная способность пучковой линии промоделирована с учётом возникающей в капиллярном разряде плазменной линзы. Приняты меры борьбы с электрической наводкой от разрядного контура плазменной мишени

Рис. 1: а). Распределение давления плазмы КРИС вдоль оси капилляра для различных моментов времени от поджига мишени и б), распределение температуры плазмы КРИС по диаметру капиллярного канала разрешённое по времени для капилляра диаметром 2.0 мм (пе = 4.6-1019см-3).

В главе представлены результаты диагностических методов проверки однородности параметров плазмы по объёму мишени (температура и давление плазмы), значение плотности свободных электронов мишени было измерено в работе [9] с использованием энергетических потерь протонов. Проведено измерение давления в плазме КРИС с пространственным разрешением вдоль оси капилляра. Создана диагностическая система, в которой в качестве детектора измерения давления использовался акустический стержень [21], встроенный в одно из плеч оптической схемы интерферометра Майкельсона. Для измерения давления с пространственным разрешением, вдоль оси капилляра, была разработана специальная конструкция капиллярной мишени. Пример распределения давления плазмы вдоль капилляра диаметром 2,0 мм приведен на Рис. 1(а).

Проведены пирометрические измерения распределения температуры плазмы КРИС по диаметру капиллярного канала. В качестве детектора излучения был использован ско-

ростной фоторегистратор (стрик-камера) фирмы HAMAMATSU, с его помощью получали зависимость свечения плазмы на диаметре капиллярного канала с пространственным и временным разрешением. Взяв сечение данного изображения по временной координате в точке, соответствующей середине диаметра капилляра, и используя температурную калибровку для капилляра, выполненную ранее для P-I-N диода с помощью эталонного источника непрерывного спектра, получаем зависимость температуры плазмы на диаметре капиллярного канала развёрнутую во времени (Рис. 1(6)).

При рассмотрении распределения давления плазмы вдоль оси капиллярного канала и распределения температуры плазмы по диаметру капилляра развёрнутых по времени видно, что для данной плазменной мишени временной диапазон от 3,5 мкс до 4,5 мкс с момента поджига капиллярного разряда, при котором существует плазма с однородными по объёму мишени параметрами, является наиболее приемлемым для проведения измерений по торможению ионов в плазме КРИС.

В главе также приводится описапие метода и диагностической системы по определению энерх-етических потерь и зарядовых распределений тяжёлых ионов в плазме. Измерения потерь энергии ионов были проведепы по широко известной времяпролетной (Л^) методике [18,19], использующей радиочастотную микроструктуру ионного пучка ускорителя UNILAC на времяпролетной базе 2,34 м. Высокочастотный сигнал рабочей частоты ионного пучка 108,48 МГц с задающего генератора ускорителя использовался в качестве опорного сигнала (старт-сигнал), относительно которого и измерялась временная задержка прихода стоп-сигнала (Рис. 2(а)).

Рис. 2: а). Осциллограммы высокочастотного сигнала рабочей частоты ускорителя и сигнала со стоп-детектора. б). Энергетические потери тяжёлых ионов и протонов в плазме капиллярной мишени диаметром 1.5 мм (плотность свободных электронов 5,5 • 1019 см~3) для энергии ионного пучка 5,9 МэВ/а.е.м..

В ToF-методе использовался только один детектор ионного пучка - стоп-детектор, что, при известной первоначальной энергии ионного пучка EQ И измеренной длине времяпролетной базы I (расстояние от плазменной мишени до стоп-детектора), позволило определить потери энергии ионов в плазме мишени (Рис. 2(6)). В качестве детектора ионного пучка был использовал стоп-детектор на основе микросферической пластины [22], обеспечивающий усиление входного сигнала пучка ионов (до 105) и высокое временное разрешение (до М ~ 100 пс)

Измерение зарядовых распределений пучка ионов за капиллярной мишенью проводи-

лось с помощью дипольного магнита с максимальным полем В = 2 1 Т и радиусом полюса г = 125 мм Разрешенные магнитным анализатором зарядности ионного пучка регистрировались быстрым пластиковым сцинтиллятором, установленным на выходном фланце магнитного анализатора Развертка во времени изображения ионного пучка на сцинтилля-торе осуществлялась фоторегистратором (стрик камерой HAMAMATSU), экран которой считывался ПЗС-камерой, оснащенной компьютерным интерфейсом Оптический контакт между сцинтиллятором и стрик-камерой осуществлен с использованием гибкого волоконно-оптического кабеля, позволившего увеличить чувствительность регистрирующей системы, по сравнению с применением стандартного фотообъектива

I ' 8 10 12 1 14 1в ' 18 ' 20 Время, МКС

Рис 3 Изображение с экрана фоторегистратора для ионов А!г12+ энергии 11 52 МэВ/а е м в капилляре диаметром 1 5 мм

Кроме того, для удобства сопоставления времени срабагывания плазменной мишени и момента регистрации распределения пучка ионов за плазменной мишенью на экране фоторегистратора, свет от плазмы мишени с помощью волоконно-оптического кабеля подавался непосредственно на входную щель фоторегистратора и регистрировался одновременно с зарядовым распределением ионов Одновременно с этим, на экране осциллографа регистрировали разрядный ток мишени и сигнал с P-I-N диода, на который также подавался свет от плазмы мишени При обработке информации использовали сопоставление двух сигналов P-I-N диода и сечения по временной оси изображения света от плазмы с экрана фоторегистратора, уточняя тем самым положение на временной развертке фоторегистратора момент срабатывания капиллярной мишени На Рис 3 представлено изображение с экрана фоторегистратора и показана процедура обработки данных о величине заряда ионов пучка При обработке данного изображения учитывалась калибровка магнитного анализатора, проведенная на используемом иоппом пучке, и учитывались измеренные ранее энергетические потери ионов в плазме мишени Для анализа выбирался фрагмент изображения ионного пучка, соответствующий 3 5 — 45 мке от момента появления разрядного тока ми-

шени, данный фрагмент определялся при помощи сравнения и сопоставления во времени сигнала от света плазмы, измеренного с помощью Р-1^ диода и профиля этого сигнала полученного на экране фоторегистратора. При калибровке магнитного анализатора проводились съёмки положения изображения исходного ионного пучка для различных значений магнитного поля анализатора. Из анализа фрагмента изображения ионного пучка с экрана фоторегистратора получали среднюю по распределению величину заряда иона.

Таким образом, на ускорителе UNILAC была собрана и подготовлена к проведению экспериментальных исследований установка, на которой возможно проведение измерений энергетических потерь и зарядового распределения ионов различных атомных масс, в диапазоне энергий 3.6-11.4 МэВ/а.е.м. в плазме с плотностью свободных электронов 1019 см"3 - 5 • 1019 см"3. Отработаны и налажены диагностические схемы контроля и измерения параметров плазменной мишени: давление и температура плазмы, и пучка ионов за мишенью: энергетические потери и зарядовые распределения ионного пучка.

В третьей главе приводятся экспериментальные результаты по энергетическим потерям и зарядовым распределениям пучков тяжёлых ионов в плазменной мишени.

Измерение энергетических потерь быстрых ионов при прохождении плазмы мишени и зарядового распределения ионного пучка на выходе из плазменного объема мишени были проведены на ионных пучках углерода, криптона, свинца и урана для диаметров 1,5 мм, 2,0 мм и 3,0 мм капилляра мишени (соответственно для плотности свободных электронов плазмы 5,5 • 1019 см"3, 4,6 • 1019 см~3 и 3,2 • 1019 см"3) и различных начальных энергий пучков ионов: 3,6 МэВ/а.е.м., 4,77 МэВ/ае.м., 5,9 МэВ/ас.м., 11,5 МэВ/а.е.м..

Потери энергии иона, кэ! /&.е.м.

Тип иона Энергия, d=1.5 мм d=2.0 мм d=3.0 мм

МэВ/а.е.м. (5,5 • 10" см~3) (4,6-10" см"3) (3,2-1019 см"3)

1Р* 5.9 206±27 (162) -(125) -(100)

iP* 5.0 256±21 (190) 209±21 (141) 158±21 (116)

>Р+ 4.0 -(225) 250±15 (172) 190±14 (139)

iP* 3.0 490±75 (285) 373±8 (217) 215±10 (174)

иС»т 11.5 412±123 (290) 222±127 (220) - (178)

5.9 611±55 (506) 462±58 (382) 250±61 (309)

12С2+ 4.7 793±35 (611) 526±40 (461) 401±41 (371)

3.6 1019±19 (764) 818±21 (571) 502±25 (458)

84 Кг»* 11.5 1290±110 (1095) 1140±116 (830) 580±122 (562)

84*г11+ 5.9 1700±39 (1416) 1375±44 (1071) 680±51 (865)

84 Кг«* 4.7 1800±25 (1507) 1440±29 (1136) 775±35 (916)

208^ 11.5 1835±101 (1289) 1340±108 (1124) 848±116 (793)

5.9 2017±26 (1464) 1676±29 (1276) 947±37 (900)

2 ЮРЬ21* 4.7 2207±13 (1503) 1795±17 (1310) 1088±23 (924)

11.51 1680±93 (1427) 1260±95 (1241) 1035±106 (877)

11.51 1750±93 (1427) 1400±95 (1241) 1040±106 (877)

■mU2S* 6.01 1870±25 (1565) 1700±27 (1362) 1090±36 (966)

2*>U<** 6.01 1900±25 (1565) 1790±27 (1362) 1100±35 (966)

Таблица 1: Энергетические потери протонов и тяжелых ионов для различных первоначальных энергий пучков ионов и различных диаметров (соответствующих им различных электронных плотностей) капиллярной мишени, в скобках указаны величины энергетических потерь рассчитанные по программе SRIM2003 [23] для холодного вещества.

Максимумы энергетических потерь протонов и тяжелых ионов для различных первоначальных энергий пучков и различных диаметров капиллярной мишени (и соответствующих им различных электронных плотностей), соответствующие от 3,5 мкс до 4,5 мкс с момента поджига капиллярного разряда, представлены в Таблице 1 в сравнении с расчётами по программе SRIM2003 [23], выполненными для холодного вещества. Данные для протонов взяты из работы [9].

Измерены зарядовые распределения ионов в максимуме энергетических потерь в плазме мишени. Величины среднего заряда ионов за плазменной мишенью для различных типов ионов, а так же вычисленный из отношения энергетических потерь ионов и протонов в мишени эффективный заряд ионов, представлены на Рис. 4. Экспериментальные данные представлены в виде отношения измеренного среднего заряда иона q к его ядерному заряду Zb зависимости от приведенной скорости иона VT = ((V/ift)1'175)/^'607 введённой Бетцем в работе [20], где V - скорость ионов пучка и Vo = e^/h = 2,188 • 10® см/с.

V, Энергия иона, Мэв/э е.м.

Рис. 4: а). Отношение экспериментального среднего заряда иона q к его ядерному заряду Z а зависимости от приведенной скорости иона Vr = ((V/Vo)1,175)/Zo m [20], где V - скорость ионов пучка и Vq = е2/Л = 2,188 • 108 см/с. 6). Средний заряд ионов q на выходе из плазменного объема и вычисленный из отношения энергетических потерь ионов и протонов в мишени эффективный заряд ионов q,a в зависимости от энергии.

Полуэмпирическая зависимость F(V) выведена Бетцем в работе [20] на основании анализа экспериментальных данных для равновесного заряда ионов в газовых мишенях. Полученные в данной работе экспериментальные данные по среднему заряду ионов за плазменной мишенью практически совпадают с данной полуэмпирической зависимостью F(^), что можно объяснить перезарядкой ионов пучка на связанных электронах частично ионизованной плазмы капилляра мишени. Наблюдаемый эффект увеличения энергетических потерь ионов в плазме по сравнению с холодным веществом (Таблица 1) обусловлен взаимодействием со свободными электронами плазмы, а не увеличением эффективного заряда ионов в плазме мишени. Заметное отличие двух экспериментальных точек (Рис. 4а).) от полуэмпкрической кривой Бетца, соответствующих наиболее энергетичным ионам углерода, может быть объяснено недостаточной толщиной плазменной мишени для достижения зарядового равновесия ионов углерода.

Один из эффектов, наблюдённых в данной работе, состоит в том, что ионы имевшие на входе в мишень больший заряд (квадраты на Рис. 5), вышли из мишени с зарядом меньшим и большими энергетическими потерями, чем ионы с первоначальным меньшим зарядом

(кружки на Рис. 5). Эксперименты были проведены для различных начальных входных зарядностей ионов урана с зарядами 28+ и 76+ для энергии 11,5 МэВ/а.е.м., и 28+ и 65+ для энергии 5,9 МэВ/а.е м.. Получено отличие в энергетических потерях (Таблица 1) и зарядовом распределении пучка, ионов U Рис. 5. Зарядность 28+ является выходной для ускорителя UNILAC (GSI, Darmstadt), а 76+ и 65+ получены за углеродной обдирочной фольгой, специально установленной перед плазменной мишенью, и близки к равновесным для даппых энергий ионов.

Объяснением данному эффекту может служить влияние процесса набора заряда ионом на величину энергетических потерь ионов в плазме мишени и соотвеасавенно на величину заряда ионов за мишенью обусловленное повышенной тормозной способностью плазмы, отмеченной в ряде экспериментальных работ [12-16], зависимостью выходного заряда ионов от скорости ионов [20] и квадратичной зависимостью энергетических потерь ионов в свою очередь от величины заряда ионов.

В четвёртой главе проводится обсуждение полученных экспериментальных результатов на основе сравнения с численным моделированием торможения ионов, обсуждается область применения результатов.

Проведено сравнение полученных в данной работе экспериментальных данных с данными предыдущих экспериментальных работ и теоретическими расчетами, выполненными для плазмы капиллярного разряда, проиллюстрированное на Рис. 6. На Рис. 6 представлено отношение энергетических потерь в холодном веществе к потерям в плазме в зависимости от энергии налетающего иона. Теоретическое отношение энергетических потерь в холодном веществе и плазме капилляра для различных ионов было рассчитано по формулам, предложенным Баско [17] в предположении, что средний равновесный заряд q в плазме совпадает с зарядом в холодном веществе. Из рассмотрения теоретических кривых видно, что влияние свободных электронов плазмы на величину энергетических потерь уменьшается с ростом энергии иопов и рассчитанные по данной модели значения отношения энергетических потерь согласуются с данными полученными на эксперименте.

Предыдущие экспериментальные работы были выполнены на водородных плазменных мишенях с высокой степенью ионизации плазмы, где становится существенным влияние

ю

0.6-

08

Хв

экотернмвит О протоны

Д углерод О фиптон

О СМН4Ц

Ш 5

4 0.4- /5РЬ

I

> п ^

»■, и •

□ уран теория

о.г

Б

протоны углерод криптон

00

Кг

0 2 4 б 8 10 12

Энергия, МэВ/а.е.м.

Рис. 6: Отношение энергетических потерь в холодном веществе к потерям в плазме в зависимости от энергии налетающего иона в сравнении с теоретическими расчётами и данными предыдущих экспериментов.

увеличения заряда ионов в плазме на величину энергетических потерь ионов. Поэтому соответствующие им значения отношения потерь в холодном веществе к потерям в плазме расположены систематически ниже измеренных в даптгой работе.

В заключении приведены основные результаты работы:

1. Собрана и подготовлена к проведению исследований экспериментальная установка с плазменной мишенью на основе капиллярного разряда, позволяющая измерить энергетические потери и зарядовое распределение ионов различных атомных масс после прохождения плазмы, в диапазоне энергий З.б -5-11.4 МэВ/а.е.м., в плазме с плотностью свободных электронов

2. Отработаны и налажены диагностические схемы контроля и измерения параметров плазменной мишени: давление и температура плазмы, и параметров пучка ионов за мишенью: энергетические потери и зарядовые распределения ионного пучка.

3. Измерены энергетические потери и зарядовые распределения ионов С, Кг, РЬ и U в диапазоне энергий 3,6-5-11,5 МэВ/а.е.м. после прохождения плазмы мишени капиллярного разряда с плотностью свободных электронов

температурой ~ 3 эВ.

4. В данной работе удалось провести разделение совместного влияния эффектов увеличения заряда ионов в плазме и эффекта взаимодействия со свободными электронами плазмы на увеличение энергетических потерь ионов.

5. Зафиксированный эффект увеличения энергетических потерь иопов в плазме по сравнению с холодным веществом обусловлен взаимодействием со свободными электронами плазмы.

Личный вклад автора выражается в подготовке и сборке на ускорителе UNILAC экспериментальной установки с плазменной мишенью на основе капиллярного разряда, позволившей измерить энергетические потери и зарядовые распределения ионов различных

атомных масс, в диапазоне энергий 3 6- 11.4 МэВ/ае.м. в плазме с плотностью свободных электронов 1019 см 3 -5- 5 • 101Э см 3 и температурой ~ 3 эВ. Отработке и отладке диагностических схем контроля и измерения параметров плазменной мишени: давление и температура плазмы, и пучка ионов за мишенью: энергетические потери и зарядовые распределения ионного пучка. Проведении экспериментальных исследований, анализе и ишерпрегации экспериментальных данных.

Основные публикации автора по теме диссертации

1. A. Tauschwitz, I. Bakhmetjev, N. Borisenko, A. Fertman, M. Geissel, A. Golubev, M. Roth,

В. Sharkov, W. Suss, V. Turtikov, H. Wahl, Bestimung des Ladungszustands eines Schverionen-strahls beim Durchgang durch ein dichtes Plasmatarget, Verhandlungen der Deutschen Physikalishen Gesellschaft, 4, p. 370,1999.

2. Голубев А.А., Туртиков В.И., Фертман А.Д., Рудской И.В., Шарков Б.Ю., Кулиш М.И., Валь X., Гайзель М., Нойнер У., Рог М., Таушвитц А., Якоби И., Хоффманн Д.Х.Х., Взаимодействие пучков тяжелых ионов с плотной плазмой капиллярного разряда.. Тезисы 28 конкуренции по Физике плазмы и УТС. Звенигород 2001, стр.97.

3. A. Golubev, V. Turtikov, A. Fertman, I. Roudskoy, В. Sharkov, A. Tauschwitz, U Ncuncr, H. Wahl, D.H H. Hoffmann, M. Roth, U. Funk, M. Geisel, W. Suss, Experimental Investigation the Effective Charge State of Ions in Beam-Plasma Interaction. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research; A, 464 (2001), pp. 247 - 252.

4. M. Kulish, A. Golubev, A. Fertman, V. Turtikov, A. Tauschwitz, Dynamic plasma pressure measurements, Review of Scientific Instruments V. 74, № 5 (2001).

5. X. Валь, М. Гайссель, А.А. Голубев, М. Ротт, И.В. Рудской, А. Таушвиц, И.Ю. Тол-стихина, В.И. Туртиков, А.Д. Фертман, Д. Хоффманн, Б.Ю. Шарков, В.П. Шевель-ко, Взаимодействие быстрых многозарядных ионов урана с плазменной мишенью, Кр.сооб.по физике, №8, 2001, стр.28.

6. V. Turtikov, A. Golubev, A. Fertman, I. Roudskoy, В. Sharkov, M. Kulish, V. Gryaznov, V. Mmtsev, A. Tauschwitz, H. Wahl, D.H.H. Hoffmann, M. Giessel, M. Roth, J. Jacoby, Experimental Research on Charge State Distributions of Fast Heavy Ions in Beam-Plasma Interaction, Europhysics Conference Abstracts, Vol. 27A, P-3 65.

Список литературы

[1] Кошкарёв Д.Г., Чуразов М.Д., Атомная энергия, т.91,вып.1, июль 2001,стр. 47-54.

[2] G. Logan, HIF 2002, L&PB 2002, N3.

[3] K.Mima et al., Inertial Fusion Science and Application 99, ELSEVIER (2000), 381.

[4] V.S. Khoroshkov, E.I. Minakova, Eur. J. Phys., v.19 (1998) 523.

[5] Y. Hirao, et. al., Nuclear Physios, A538, (1992) 541.

[6] R. Rames, et. al., Europenfusion target work, NIM-A, 464 (2001) 45

[7] D.H.H. Hoffmann, et. al., Phys. Rev. A 42 (1990) 2313.

[8] D. Gardes, et. al., Nucl. Instr. and Meth. A 415 (1998) 698.

[9] A.Golubev, et. al., Phys. Rev. E 57 (1998) 3363.

[10] M. Roth, et. al., Europhys. Lett. 50 (2000)' 28.

[11] V. Mintsev et al., Nucl. Instr. and Meth. A 415 (1998) 715.

[12] D.H.H. Hoffmann, et. al., Z. Phys. A 30 (1988) 339.

[13] D.H.H. Hoffmann, et. al., Z. Phys. D 16 (1990) 229.

[14] K.-G. Dietrich, et. al., Phys. Rev. Lett. 69 (1992) 3623.

[15J M. Chabot, D. Gardes, P. Box et al., Phys. Rev. E 51 (1995) 3504.

[16] G. Belyaev et al., Phys. Rev. E, v. 53, n. 3 (1996) 2701.

[17] M.M. Баско, Физика плазмы 10 (1984) 1195.

[18] W.N. Lennard, H.R. Andrews, M. Freeman et al., Nucl. Instr. and Meth. 203 (1982) 565.

[19] H. Geissel, P. Armbruster, T. Kitahara et al., Nucl. Instr. and Meth. 170 (1980) 217.

[20] H.D. Betz, Applied Atomic Collision Physics, vol. 4, Academic Press, Orlando (1983).

[21] D. Baganoff, Rev. Sci. Instram. 35, (1964) 228.

[22] MSP Technical Data, http:\\www.tectra.de.

[23] J.F. Ziegler, et. al., The Stopping and Range of Ions in Solids, vol.1 (Pergamon, NY, 1985).

Подписано к печати 10.11.04 Формат 60 х 90 1/16

Усл.печл. 0,75 Уч.-изд.л. 0,5 Тираж 100 Заказ 503

Отпечатано в ИТЭФ, 117218, Москва, Б.Черёмушкинская, 25

«2377?

J,

1 Торможение заряженных частиц в веществе (обзор литературы)

1.1 Теоретическое описание торможения ионов в веществе

1.2 Процессы ионизации и рекомбинации при торможении быстрых ионов.

1.3 Экспериментальные исследования торможения ионов в веществе

2 Экспериментальная установка

2.1 Ускоритель.

2.2 Плазменная мишень.

2.3 Диагностика плазменной мишени.

2.3.1 Измерение давления в плазме КРИС с пространственным (вдоль капилляра) и временным разрешением.

2.3.2 Пирометрические измерения температуры плазмы КРИС.

2.4 Диагностика энергетических потерь ионов

2.5 Диагностика зарядовых распределений ионов.

3 Экспериментальные результаты

3.1 Энергетические потери ионов.

3.2 Зарядовые распределения тяжёлых ионов.

3.3 Торможение ионов с разной исходной величиной заряда

4 Обсуждение результатов

Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом относится к классическим разделам атомной и ядерной физики. Изучение процессов возникающих при прохождении заряженных частиц через вещество, начатое в ранних работах Бете и Бора [1,2] до сих пор актуально и находится в фокусе исследований многих экспериментальных и теоретических групп [3-5].

Интерес к исследованиям взаимодействия тяжёлоионных пучков с веществом в настоящее время обусловлен введением в действие новых мощных ускорителей частиц и развитием новых направлений их использования, как медицинских - таких как пучковая терапия [6], позитронно-эмиссионная томография [7], так и поиск пути решения энергетических проблем - тяжёлоионный инерциальный термоядерный синтез [8]. С развитием ускорительной техники, направленной на создание мощных ускорительных установок, позволяющих получать мощные пучки тяжёлых ионов ГэВ-ных энергий с полной энергией в пучке до 100 кДж, особенно вырос интерес к исследованиям процессов при взаимодействии интенсивных пучков тяжелых ионов с веществом в диапазоне энергий от десятка до сотен МэВ/а.е.м. [9-11]. Это обусловлено необходимостью знания точных значений фундаментальных параметров взаимодействия, таких как, полный пробег ионов, энергетические потери ионов, фрагментация ядер, зарядовое и энергетическое распределение ионов в веществе и другие [12-15] для широкой области применения пучков ионов. Такие установки в настоящее время создаются как за рубежом, в Германии, в GSI (Gesselschaft fur Schverionen GmbH), Дармштадт проект SIS-200 [16], так и в России, в ИТЭФ (Институт Теоретической и Экспериментальной Физики), Москва проект ТВН (Терраватный накопитель) [17]. Одно из приоритетных направлений исследований на создаваемых ускорительно-накопительных комплексах являются исследования в области физики высокой плотности энергии в веществе, включающие исследования по уравнениям состояния вещества при мегабарном давлении и высоких температурах, физики плотной высокотемпературной плазмы и атомной физики [18]. Кроме того, ускорители тяжелых ионов с энергией ионов около 5-10 ГэВ, рассматриваются как перспективные для использования в качестве тяжёлоионного драйвера для инерциального термоядерного синтеза (ИТС) на пучках тяжелых ионов [8].

В настоящее время экспериментальные исследования по управляемому термоядерному синтезу (УТС), опирающиеся как на принцип магнитного удержания в установках типа "ТОКАМАК", так и на принцип инерциального удержания с использованием в качестве драйвера мощных лазеров, вплотную подошли к осуществлению демонстрационного эксперимента по зажиганию управляемой термоядерной реакции в лабораторных условиях. В то же время наиболее перспективным кандидатом на роль драйвера для термоядерной электростанции на принципе инерциального удержания является ускорители тяжелых ионов. Основанием для такой оценки являются:

• Высокий КПД преобразования подводимой к ускорителю электрической энергии в энергию потока ионов 25 -г- 35%;

• Возможность осуществления высокой повторяемости импульсов ионного пучка 10 Ч-100 импульсов в секунду;

• Пространственное разделение ускорительного комплекса ("драйвера") и реакторной камеры, что повышает безопасность работы термоядерной установки;

• Высокая надежность и стабильность работы основных компонентов ускорительного комплекса, важные для его долговременной эксплуатации.

В общем случае, для инерциального термоядерного синтеза существуют два класса термоядерных мишеней: мишени прямого действия и мишени непрямого действия ("радиационные" или рентгеновские мишени). В мишенях прямого действия энергия пучка ионов непосредственно выделяется во внешнем слое ускоряемой сферической оболочки (термоядерной капсулы), окружающей термоядерное топливо. В мишенях непрямого действия, энергия ионных пучков трансформируется в рентгеновское излучение, заполняющее радиационную полость, в центре которой находится сферическая термоядерная капсула. Переход к мишеням непрямого действия связан с дополнительными энергетическими потерями, но зато позволяет упростить решение проблемы симметричного облучения мишени. Мишени непрямого действия представляются наиболее реалистичными для достижения термоядерного зажигания в лабораторных установках инерциального синтеза.

На сегодняшний день в мире проводится большое количество теоретических и экспериментальных работ по изучению фундаментальных физических процессов, определяющих конструкцию термоядерной мишени и необходимые параметры будущего драйвера [19,20]. Расчет параметров драйвера тяжёлоионного инерциального синтеза требует адекватного количественного описания процессов взаимодействия тяжёло-ионных пучков с плотной плазмой в широком диапазоне параметров. Основное энерговыделение пучка тяжёлых ионов в обоих типах термоядерных мишеней будет проходить в плотной (пе > 1022 см-3) высокотемпературной (Те = 100 — 300 эВ) плазме, образованной передним фронтом интенсивного пучка ионов. Таким образом, пробеги тяжелых многозарядных ионов в мишени, и ионизационные потери будут обусловлены тормозной способностью плотной высокотемпературной плазмы. Следовательно, знание величин пробегов и профилей энерговыделения тяжелых, заряженных частиц в плазме позволят более точно рассчитать конструкцию термоядерной мишени.

В настоящее время экспериментально получить плазму с твердотельной плотностью, необходимую для проведения исследования в рамках ИТС, с помощью интенсивного пучка не представляется возможным. Поэтому, для изучения процессов, происходящих при торможении ионов в ионизированном веществе, используют плазму, созданную другими способами (разряд в газе [21, 22], капиллярный разряд [23], лазерная плазма [24], плазма взрывного генератора [25] и т.д.). Эксперименты по измерению энергетических потерь ионов в плазме различных газов [26-30] позволили изучить особенности торможения тяжелых заряженных частиц в ионизованном веществе с плотностью свободных электронов порядка 1017 — 1019 см-3 и выявить два основных эффекта:

• увеличение тормозной способности плазмы по сравнению с холодным веществом за счет взаимодействия со свободными электронами плазмы;

• эффективный заряд налетающего иона в полностью ионизованном газе имеет более высокую величину, чем в холодном газе, что также приводит к увеличению энергетических потерь налетающих частиц.

Однако разделить вклад каждого из этих двух эффектов в суммарную тормозную способность плазмы на основе анализа полученных экспериментальных результатов весьма затруднительно.

Потребность в новых экспериментальных данных, по торможению тяжёлых ионов в плазме, необходимых для адекватного качественного описания процессов взаимодействия тяжёлоионных пучков с плотной плазмой в широком диапазоне параметров, является принципиальным обоснованием, определяющим основную цель настоящей диссертационной работы — систематическое экспериментальное исследование энергетических потерь и зарядового распределения ионов различных атомных масс в диапазоне энергий 3.6 — 11.4 МэВ/а.е.м. в плазме с электронной плотностью выше 1019 см-3.

Научная новизна исследований состоит в следующем:

1. Впервые проведено измерение давления в плазменной мишени с испаряющейся стенкой на основе сильноточного капиллярного разряда (далее КРИС) с пространственным (вдоль длины капилляра) и временным разрешением 50 не). Получены экспериментальные данные по поведению давления для трех значений диаметра капилляра. Показано, что установление однородной по объёму мишени плазмы происходит через ~3 мке от момента генерации плазмы со временем жизни однородной плазмы мкс.

2. Проведено систематическое измерение энергетических потерь пучков ионов С, Кг, РЪ, 11 с энергией 3.6— 11.4 МэВ/а.е.м. в плазменной мишени на основе КРИС, с плотностью свободных электронов в диапазоне 1019 см-3 - 5-1019 см-3. Из анализа экспериментальных данных видно, что зафиксированный эффект увеличения энергетических потерь ионов в плазме по сравнению с холодным веществом обусловлен взаимодействием со свободными электронами плазмы.

3. Проведено сравнение полученных экспериментальных данных по энергетическим потерям ионов С, Кг, РЬ, V с энергией в диапазоне 3.6 - 11.4 МэВ/а.е.м. в плазменной мишени с энергетическими потерями протонов той же скорости. Отношение данных для ионов и протонов сравнивается со средним выходным зарядом ионов и расчётной величиной для холодного газа. Показано, что заряд ионов в частично ионизованной неводородной плазме практически совпадает с величиной для холодного газа.

4. На основе экспериментальных данных по энергетическим потерям и зарядовому распределению ионов

П 28+ и и76+ (с энергией Ео = 11.5 МэВ/а.е.м.) на выходе из плазменной мишени впервые экспериментально обнаружен эффект перехлёста выходного заряда на выходе из плазменного объёма. Полученные значения среднего равновесного заряда пучка ионов на выходе, д = 63±0.5 для ионов

Ц76+ и д = 64.5 ± 0.5 для ионов [/28+, указывают на влияние тормозных потерь ионов на величину среднего равновесного заряда на выходе из мишени.

Структура и содержание диссертации

Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения, а также из списка использованной литературы — всего 130 страниц текста, созданного пакетом программ компьютерной системы типографского набора включая 39 рисунков и библиографию из 119 наименований.

Основные результаты работы:

1. Собрана и подготовлена к проведению исследований экспериментальная установка с плазменной мишенью на основе капиллярного разряда, позволяющая измерить энергетические потери и зарядовое распределение ионов различных атомных масс после прохождения плазмы, в диапазоне энергий 3.6 -г 11.4 МэВ/а.е.м., в плазме с плотностью свободных электронов 1019 см-3 н- 5 • 1019 см-3 и температурой 3 эВ.

2. Отработаны и налажены диагностические схемы контроля и измерения параметров плазменной мишени: давление и температура плазмы, и параметров пучка ионов за мишенью: энергетические потери и зарядовые распределения ионного пучка.

3. Измерены энергетические потери и зарядовые распределения ионов С, Кг, РЬ и и в диапазоне энергий 3,6-г 11, 5 МэВ/а.е.м. после прохождения плазмы мишени капиллярного разряда с плотностью свободных электронов 1019 см-3 -г- 5 • 1019 см-3 и температурой ~ 3 эВ.

4. В данной работе удалось провести разделение совместного влияния эффектов увеличения заряда ионов в плазме и эффекта взаимодействия со свободными электронами плазмы на увеличение энергетических потерь ионов.

5. Зафиксированный эффект увеличения энергетических потерь ионов в плазме по сравнению с холодным веществом обусловлен взаимодействием со свободными электронами плазмы.

Заключение

В данной работе продемонстрирована возможность использования капиллярного разряда в качестве хорошо контролируемой мишени в экспериментах по торможению ионов в плазме.

Полученные в диссертационной работе новые экспериментальные результаты по энергетическим потерям ионов и по зарядовому распределению ионов в плазме с плотностью свободных электронов в диапазоне 1019 см-3 - 5 • 1019 см-3 могут послужить основой для доработки современных теоретических моделей описывающих процессы взаимодействия тяжёлоионных пучков с плазмой.

1. N. Bohr, Phys. Rev., 59, (1941) 270.

2. N. Bohr, Phys. Rev., 58, (1940) 654.

3. S.P. Ahlen, Rev. Mod. Phys. 52, (1980) 121.

4. P. Sigmund, Nucl. Instr. and Meth. В 135, (1998) 1.

5. J. Lindhard, A.H. S0rensen, Phys. Rev. A 53, (1996) 2443.

6. V.S. Khoroshkov, E.I. Minakova, Eur. J. Phys., v.19 (1998) 523.

7. Y. Hirao,H. Ogawa, et. al., Heavy Ion Synchrotron for Medical Use., Nuclear Physios, A538, (1992) 541.

8. W.J. Hogan (ed.), Energy From Inertial Fusion, IAEA, Vienna (1995).

9. K.Mima et al., Experimental Research on Fast Ignition, Inertial Fusion Science and Application 99, C.Labaune, W.Hogan,K.Tanaka eds, ELSEVIER (2000), 381.

10. Кошкарёв Д.Г., Чуразов М.Д., Инерционный термоядерный синтез на базе тяжелоионного ускорителя- драйвера и цилиндрической мишени, Атомная энергия, т.91,вып.1, июль 2001,стр. 47-54.

11. G. Logan, HIF 2002, L&PB 2002, N3.

12. A.A. Golubev, I.E. Bakhmetjev, V.I. Turtikov et. al., "Thick target" approach for precise measurement of total stopping ranges, Inertial Fusion Sciences and Applications 99, (2000), 572.

13. I. Bakhmetjev, A. Fertman, A. Golubev et. al., Research into the advanced experimental methods for precision ion stopping range measurements in matter, Laser and Particle Beams, (2003) .

14. V. Vatulin, V. Afanas'ev, A. Bazin et. al., Indirect fusion targets for heavy ion driven scenario: The investigation at VNIIEF, NIM-A, 464, (2001) 38.

15. An International Accelerator Facility for Beams of Ions and Antiprotons. Conceptual Design Report, GSI, 2001

16. B.Yu.Sharkov, N.N.Alexeev, M.D.Churazov, et. al., Heavy ion fusion energy program in Russia., NIM A 464, N1, (2001) 1.

17. G.I.Kanel, K.Baumung, H.Bluhm, V.E.Fortov, Possible Applications of the Ion Beams Technique for Investigations in the Field of Equation of State, NIM A 415 (1998) 509.

18. R. Rames, S. Atzeni et. al., Europen fusion target work, NIM-A, 464 (2001) 45.

19. Yu.A. Romanov, V.V. Vatulin (VNIIEF). Results of investigations conducted by VNIIEF on a problem of heavy ion thermonuclear fusion. International Symposium on Heavy Ion Inertial Fusion, Princeton, USA, (1995).

20. D.H.H. Hoffmann, K. Weyrich, H. Wahl, D. Gardes, R. Bimbot,

21. C. Fleurier, Phys. Rev. A 42 (1990) 2313.

22. D. Gardes, M. Chabot, M. Nectous, G. Maynard, C. Deutsch, I. Roudskoy, Nucl. Instr. and Meth. A 415 (1998) 698.

23. A.Golubev, M.Basko, A.Fertman, A.Kozodaev, N.Mersherykov,

24. B.Sharkov, A.Vishnevskiy, V.Fortov, M.Kulish, V.Gryznov, E.Golubev, A.Pukhov, V.Smirnov, U.Funk, S.Stoewe, M.Stetter, H.-P.Flierl,

25. D.H.H.Hoffmann, J.Jacoby, I.Iosilevski, Phys. Rev. E 57 (1998) 3363.

26. M. Roth, C. Stöckl, W. Süss, O. Iwase, R. Bock, D.H.H. Hoffmann, M. Geissei, W. Seeling, Europhys. Lett. 50 (2000) 28.

27. V. Mintsev et al., Nucl. Instr. and Meth. A 415 (1998) 715.

28. D.H.H. Hoffmann, K. Weyrich, H. Wahl, Th. Peter, J. Meyer-ter-Vehn, J. Jacoby, R. Rimbot, D. Gardes, M.F. Rivet, M. Dumail, C. Fleurier, A. Sanba, C. Deutsch, G. Maynard, R. Noll, R. Haas, R. Arnold and S .Maurmann. Z. Phys. A 30 (1988) 339.

29. D.H.H. Hoffmann, K. Weyrich, H. Wahl D. Gardes, R. Bimbot,

30. C. Fleurier, Z. Phys. D 16 (1990) 229.

31. K.-G. Dietrich, D.H.H. Hoffmann, E. Boggasch J. Jacoby, H. Wahl, M. Elfers, C.R. Haas, V.R Dubenkov, A.A. Golubev, Phys. Rev. Lett. 69 (1992) 3623.

32. M. Chabot, D. Gardés, P. Box et al., Phys. Rev. E 51 (1995) 3504.

33. G. Belyaev et al., Measurement of the Coulomb energy loss by fast protons in a plasma target. // Phys. Rev. E, v. 53, n. 3 (1996) 2701.

34. H. Bop, Прохождение атомных частиц через вещество., M. (1950).

35. N. Bohr, J. Lindhard, Dan. Mat. Fys. Medd. 28 (7) (1954).

36. M.M. Васко, Физика плазмы 10 (1984) 1195; Sov. J. Plasma Phys. 10 (1984) 689 (English translation).

37. H.A. Bethe, Ann. d. Physik 5, (1930) 325.

38. T. Peter, Ju. Meyer-ter-Vehn, Phys. Rev. A, v. 43, (1991) 1998.

39. А.И. Ларкин, ЖЭТФ, т.37, (1959) 264.

40. L.C. Northcliffe, Ann. Rev. Nucl. Sc. 13 (1963) 67.

41. L.C. Northcliffe, R.F. Schilling, Nuclear Data Tables A 7 (1970) 233.

42. J.F. Ziegler, J.P. Biersack, U. Littmark, The Stopping and Range of Ions in Solids, vol.1 (Pergamon, New York, 1985).

43. F. Hubert, R. Bimbot, H. Gauvin, Atomic Data and Nuclear Data Tables 46 (1990) 1.

44. R. Bimbot, S. Della-Negra, D. Gardes, et al., Nucl. Insrum. Methods 153 (1978) 161.

45. H.D. Betz, Rev. Mod. Phys., vol.44, (1972) 465.

46. J.M. Anthony, W.A. Lanford, Phys. Rev. A, vol. 25, (1982) 1868.

47. Л.П. Пресняков, В.П. Шевелько, P.K. Янев, Элементарные процессы с участием многозарядных ионов., М.:Энергоатомиздат, (1986).

48. C.L. Cocke, R.E. Olson, Phys. Rep., vol.205, (1991) 153.

49. R.K. Janev (Ed.), Atomic and Molecular Processes in Fusion Edge Plasmas., NY:Plenum Press, (1995).

50. D. Habs, Nucl. Instr. Meth. B, vol.43, (1989) 390.

51. W.N. Spjeladvik, Space Sei. Rev., vol.23, (1979) 499.

52. B.C. Николаев, УФН, т.85 (4), (1965) 6.

53. P.H. Mokier, Th. Stöhlker, Adv. At. Mol. Opt. Phys., vol.37, (1996) 297.

54. H. Tawara, Report NIFS-DATA-42, Nagoya, Japan (1997).

55. K.G. Dietrich, Untersuchung des Energieverlustes und des Ladungszustands von Hoch energetischen Schwerionen in einem Wasserstoffplasma. GSI-Report, 9124, July 1991.

56. J. Jacoby, Untersuchungen der Eigenschaften von Materie bei hoher Energiedichte mit Ionenstrahlen. Habilitationschrift, Universität Erlangen-Nürnberg, 1998.

57. N.O. Lassen, Dan. Mat. Fys. Medd. Dan. Vid. Selsk 26 (5 and 12) (1951).

58. H. Schopper (Ed.), Advanced of Accelerator Physics and Technologies, World Scientific, 1993.

59. H. Folger (Ed.), Heavi Ion Targets and Related Phenomena (special issue), Nucí. Instr. and Meth. A 282 (1989).

60. H. Folger, Nucí. Instr. and Meth. A 438 (1999) 131.

61. H.H. Andersen, A.F. Garfinkel, C.C. Hanke, H. S0rensen, Dan. Mat. Fys. Medd. Dan. Vid. Selsk 35 (4) (1966).

62. Th. Schwab, H. Geissel, P. Armbruster et al., Nucí. Instr. and Meth. B 48 (1990) 69.

63. S. Ouichaoui, E. Hourani, L. Rosier et al.,Nucí. Instr. and Meth. B 164-165 (2000) 259.

64. H. Geissel et al, Nucí. Instr. and Meth. 194 (1982) 21.

65. R. Bimbot et al., Nucí. Instr. and Meth. B 44 (1989) 1, 19.

66. C. Fleurier et al., Nucí. Instr. and Meth. B 61 (1991) 236.

67. M. Chabot et al., Nucí. Instr. and Meth. A 415 (1998) 571.

68. D. Gardés, G. Maynard, G. Belyaev, I. Roudskoy, Nucí. Instr. and Meth. B 184 (2001) 458.

69. W. Neuwirth, G. Both, Nucí. Instr. and Meth. B 12 (1985) 67.

70. D.I. Thwaites, Nucí. Instr. and Meth. B 12 (1985) 84.

71. C. Fleurier, A. Sanba, D. Hong et al., J. de Phys. C 7 (1988) 141.

72. H.H. Andersen, B.R. Nielsen, Nucí. Instr. and Meth. 191 (1981) 475.

73. P. Bauer, Nucí. Instr. and Meth. B 27 (1987) 301.

74. P. Mertens, Nucl. Instr. and Meth. B 27 (1987) 315.

75. R. Bimbot, D. Gardes, H. Geissei et al., Nucl. Instr. and Meth. 174 (1980) 231.

76. H.H. Andersen, , Nucl. Instr. and Meth. B 15 (1986) 722.

77. A. von Kienlin, F. Azgui, W. Böhmer, K. Djotny, P. Egelhof, W. Henning, G. Kraus, J. Meier, K.W. Shepard, Nucl. Instr. and Meth. A 368 (1996) 815.

78. W.N. Lennard, H.R. Andrews, M. Freeman et al., Nucl. Instr. and Meth. 203 (1982) 565.

79. H. Geissei, P. Armbruster, T. Kitahara et al., Nucl. Instr. and Meth. 170 (1980) 217.

80. H. Geissei, GSI report 82-12 (1982).

81. H. Gaurvin, R. Bimbot, J. Herault et al., Nucl. Instr. and Meth. B 47 (1990) 339.

82. C. Scheidenberger, H. Geissei, H.H. Mikkelsen et al., Phys. Rev. Lett. 73 (1994) 50.

83. K. Arstila, Nucl. Instr. and Meth. B 168 (2000) 473.

84. V. Vatulin, V. Afanas'eva, A. Bazin, G. Eliseev, V. Ermolovich, N. Jidkov, V. Karepov, N. Kharitonov, S. Skrypnik, R. Shagaliev, E. Vasina, O. Vinokurov, Nucl. Instr. and Meth. A 464 (2001) 38.

85. S. Datz, Nucl. Instr. and Meth. B 164-165 (2000) 1.

86. C. Scheidenberger, Th. Stöhlker, W.E. Meyerhof, H. Geissei, P.H. Mokier, B. Blank, Nucl. Instr. and Meth. B 142 (1998) 441.

87. H. Weick et al., Nucl. Instr. and Meth. B 164-165 (2000) 168.

88. H.D. Betz, A. B. Wittkower. At. Data, 5(2), (1973) 113.

89. H.D. Betz. Heavy ion charge states., vol. 4 of Applied Atomic Collision Physics. Academic Press, Orlando (1983).

90. H. Geissel, Y. Laichter, W.F.W. Schneider, P. Armbruster, Nucl. Instr. and Meth. 194 (1982) 21.

91. C.J. Woods, C.F. Sofield, N.E.B. Cowern, M. Murrel, J. Draper, J. Phys. B 17 (1984) 867.

92. D. Gardes, A. Servajean, B. Kubica, C. Fleurier, D. Hong, C. Deutsch, G. Maynard, Phys. Rev. A 6 (1992) 5101.

93. D. Gardés, M. Chabot, M. Nectoux, G. Maynard, C. Deutsch, G. Belyaev, Nucl. Instr. and Meth. A 464 (2001) 253.

94. J. Jacoby et al., Phys. Rev. Lett., 74 (1995) 1550.

95. H. Wetzler et al., Laser Part. Beams, 15 (1997) 449.

96. D.H.H. Hoffmann, R. Bock, A.Ya. Faenov, U. Funk, M. Giessel, U. Neuner, T.A. Pikuz, F. Rozmej, M. Roth, W. Süss et al., Nucl. Instr. and Meth. B 61 (2000) 9.

97. E. Nardi and Z. Zinamon, Phys. Rev. Lett. 49, (1982) 1251.

98. Р. Брёс^ке, et al., Ion sources for the new High Current Injector at GSI, Geneva, Switzerland, (1996) 884.

99. B. Franczak, GSI Darmstadt, MIRKO, Version 6.06, 1998.

100. B. Franczak, MIRKO An Interactive Program for Beam Lines and Synchrotrons, Computing in Accelerator Design and Operation, Proceedings, Berlin 1983.

101. M. de Magistris, A. Tauschwitz, Particle Optics for a Plasma Based Beam Focusing and Transport System, Nucl. Instr. and Meth. A 415, (1998) 496-502.

102. E.M. Голубев, A.M. Пухов, В.JI. Смирнов, Журн. Техн. Физ., 67, №, (1997) 126.

103. A.Golubev, M.Basko, A.Fertman, V.Turtikov, B.Sharkov, D.H.H.Hoffmann, P.Spiller, A.Tauschwitz, J.Jacoby, A.Meineke, H.-P.Flierl, U.Kolb, V.Mintsev, M.Kulish, V.Gryaznov, V.Fortov, GSI Annual Report GSI-98-09 1998.

104. H.H. Огурцов, И.В. Подмошенский, В.М. Шелемина, Теплофиз. Выс. Темпер., 6, №1, (1968) 48.

105. D. Baganoff, Rev. Sci. Instrum. 35, (1964) 228.

106. Kurtzzeitfizik, Springer-Verlag, Vien, New-York, (1967).

107. Еремеев Г.В., Исследование распространения звуковой волны в однородном упругом стержне., Дипломная работа МФТИ, 2002.

108. Физические величины. Справочник / Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. Москва, Энергоатомиздат, (1991) 1232.

109. Optical Filter Catalog, http:\\www.andcorp.com.

110. M. Zaghloul, M. Bourham, J. M. Doster, J. Phys. D: Appl. Phys., 34,(2001) 772.

111. MSP Technical Data, http:\\www.tectra.de.

112. Oscilloscope Tektronix TDS-684A (Technical Data), http:\\www.tek.com.

113. A. Golubev, V. Turtikov, A. Fertman, I. Roudskoy, B. Sharkov, A. Tauschwitz, U. Neuner, H. Wahl, D.H.H. Hoffmann, M. Roth, U. Funk, M. Geisel, W. Suss, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research; A, 464 (2001), pp. 247 252.

114. M. Gryzinski, Phys. Rev. A. v.138 (1965) 305.

115. W. Lötz, Z. Physik, v.220 (1969) 466.

116. L.A. Vainshtein, V.P. Shevelko. Structure of ions and ion data in a hot plasma. Moscow: Nauka, (1986) 25.

117. T. Peter and J. Meyer-ter-Vehn, Phys. Rev. A., v.43 (1991) 1998.

118. A.C.Schlachter, J.W.Stearns, W.G.Graham, K.H.Berner, R.V.Pyle, J.A.Tanis. Phys. Rev., A27 (1983) 3372.

119. Х.Валь, М.Гизель, А.А.Голубев, М.Ротт, И.В.Рудской, А.Таушвиц, И.Ю.Толстихина В.И.Туртиков, А.Д.Фертман, Д.Хоффманн,

120. Б.Ю.Шарков, В.П.Шевелько, Взаимодействие быстрых многозарядных ионов урана с плазменной мишенью, Краткие сообщения по физике, 3, стр. 2701-2707 (2001).

121. Толстихина И.Ю., Шевелько В.П. Краткие Сообщения по Физике, 10, стр.10 2000.

122. Толстихина И.Ю., Шевелько В.П. Краткие Сообщения по Физике, 5, стр.40 2000.

123. Rashid К., Saadi M.Z., Yasin M. ADNDT, 40, (1988) 365.

124. Mueller D., Grisham L., Kaganovich I., Watson R.L., Horvat V., Zaharakis K.E., Armel M.S. Plasma Phys., 8, (2001) 1753.