Экспериментальное исследование Х-пинча в сильноточном диоде тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.20 ВАК РФ

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН

г П. П

I о и 1»

о 1353

На правах рукописи УДК -533.952

РОМАНОВ! Вера Михайловна

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ Х-ПИНЧА В СИЛЬНОТОЧНОМ ДИОДЕ

Специальность 01.04.20 - физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 1995

Работа выполнена в Физическом институте им. Б.Н.Лебедева АН РФ

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук

С.А.Пикуз

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

В.А.Грибков

кандидат физико-математических наук Ю.В.сидельников

Ведущая организация: ТРШ1ИТМ

Защита диссертации состоится 2.9 Акв&р $_ 193*Г года

на заседании Специализированного совета К 002.33.04 в Физическом институте им. П.Н.Лебедева АН РФ по адресу: 117924, Москва, Ленинский проспект, 53

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФИАН Автореферат разослан " " ______ 1935 г.

Ученый секретарь Специализированного совета

д.ф.-м.н. В.Д.Скаржинский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш.

Создание лабораторных источников высокотемпературной плотной плазмы и их всестороннее изучение необходимо для фундаментальных исследований строения вещества с экстремальными параметрами и прикладных научно-технических задач, таких, как управляемый термоядерный синтез, создание лазеров рентгеновского и ВУФ диапазона, рэнтгенолитография и микрорентгенография биологических объектов и т.п.

Одним из эффективных способов создания такой плазмы является Х-пинч - модификация наносекундного проволочного г-шшча. В Х-пинче не одна, а две проволочет закорачивают катод-анодный промежуток, перекрещиваясь в его середам как две палочки в букве "X". Перекрестие - выделенная точка, и как оказалось, именно в ней во время сильноточного' разряда всегда образуется перетяжка - наиболее горячая и плотная область пкнча. Образование перетяжек в других местах возможно, ко их развитие подавлено доминирующей перетяжкой в перекрестии проволочек. X-пинч отличается нв только предопределенностью места расположения перетяжки, но и эффективностью вложения в нее энергии: при тех же параметрах разряда перетяжки в проволочных г-пинчах не бывают столь плотными и горячими. Пространственная предопределенность перетяжи и высокая эффективность вложения в нее анергии разряда делают Х-пинч одним из самых удобных и привлекательных объектов исследования среда всех известных конфигураций взрывающихся проволочек.

Цель диссертационной работы.

1. Исследование динамита! Х-пинча.

2. Определение параметров плазш в Х-пинче рентгеноспектральными методами,

3. Демонстрация прикладных возможностей Х-пинча в качестве источника мягкого рентгеновского излучения (МРИ).

Научная новизна.

1. Экспериментально исследована тонкая структура перетяжки Х-пинча, механизм и условия формирования выбросов плазмы к генерации электронного пучка из перекрестия.

2. Используя Х-пкнч в качества точечного источника излучения, с помощью сферических кристаллических зеркал получены хорошо сколлимированные (расходимость 5-1СГ4), монохроматические (АлА = 4< Ю--5) рентгеновские пучки (А « 4 1 и К « 10 I).

3. Впервые в г-пинчевых экспериментах широко использованы новые приборы изображающей рентгеновской спектроскопии, в том числе элементы высокоразрэшащей брэгг-френелевской оптики -линейные брэгг-фредалевские линзы (ВФЛ).

4. Испытана новая схема монохроматического рентгеновского зондирования, позволяющая получать теневые изображения плазменных объектов в отдельных спектральных линиях с высоким пространственным разрешением (не хуже 5 мкм) и большим полем зрения.

Б. Зарегистрирован и идентифицирован ряд новых линий, принадлежащих Ь-спекграм многозарядных ионов Си и Мо.

Научная и практическая ценность работы.

1. Проведенные исследования способствуют более полному пониманию закономерностей сжатия перэтяшеи Х-пинча и преобразования анэргии ■ генератора в энергию излучения. Полученные результата могут быть использованы при проектировании плазменных источников МРИ, электронных и ионных пучков.

2. Результаты рентгэкоспектральних измерений включены в базу данных "Спектр", созданную в ГНЦ ВНМФТРИ в рамках государственной службн стандартных справочных данннх Росстан-дарта. База данных широко используется 1) для проверки фундаментальных представлений о строении вещества; 2) для определения параметров плазмы различных микроисточников рентгеноспвктраль-ными методами; 3) для работ по созданию лазеров рентгеновского и БУФ-диапазона.

3. Коллимированные и сфокусированные монохроматические рентгеновские пучки, получаемые на Х-шнчевой установке с помощью сферического кристаллического зеркала, могут быть использованы в медико-биологических исследованиях, а также для тестирования рентгеновской оптики.

4. Схема широкоапертурнсго монохроматического рентгеновского зондирования с Х-пинчем в качестве источника просвечивающего излучения может быть использована в исследованиях ярких плазменных объектов, особенно в тех случаях, когда применение других диагностических методов недостаточно эффективно.

Апробация работа.

Основные результаты работы представлялись на 3-f Международной конференции по Z-пинчам (Лондон, Великобритания, 1ЭЭЗ г.), 10-й международной конференции по мощным пучкам (Caí Диего, Калифорния, США, 1994), Международной конференции пс коротковолновому излучению и его применениям (Звенигород, Россия, 1994), а также на трех конференциях SPIE - Society 01 Photo-Optical Instrumentation Engeneers (Сан Диего, Калифорния, США.) в 1933, 1994 И 1995 гг.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения; она содеркит 49*/ страниц машинописного текста, 56 рисунков, $ таблиц и библиографию жз -ß9 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационно] работы, определены задачи и цели работы, изложено содержанод диссертации по главам.

В первой главе описаны экспериментальная установка и диагностическая аппаратура, использованные в работе.

Работа выполнена на сильноточном электронном ускорите^ ВИН; его основные параметры: энергозапас формирующей линии ■ 3,25 кДж при зарядном напряжении 600 кВ, время разряда - 100 не ток и напряжение разряда - 300 кА и 400 кВ соответственно.

Процессы в плазме исследовались в различных диапазона:

спектра с помощью большого набора диагностической аппаратуры. Формирование пинча и разлет плазм наблюдались в видимом и ИК свете с помощью пятикадровой скоростной камеры (на основе ЭОПа с кислородо-серебряно-цезиевым катодом; время экспозиции - 8 не) и пятикадрового шлирен-фотографирования плазмы в излучении второй гармоники лазера на иттрий-алюминиевом гранате (А. = 1,06 мкм, длительность излучения « 7 не по основанию импульса, энергия -0,1 Дж). ВЗФ-излученив регистрировалось вакуумным рентгеновским диодом и спектрографами с пропускающими решетками. Мягкое рентгеновское излучение исследовалось камерами-обскурами, сщттилляционшми детекторами, кристаллическими спектрографами различных типов и линейными брэгг-френелввекими линзами. Камеры-обскуры, фотографирующие пинч в рентгеновских лучах интегрально во времени, имели входные отверстия диаметром от 10 до 100 мкм и энергии отсечки 1-10 каВ. Кристаллические (на основе слюды, кварца, бифталата цезия, ЫР) спектрографы - сагах различных, в том числе оригинальных схем: плоский кристалл со щелью, рентгеновский микроскоп, схемы Иоганна и Кошуа с пространственным разрешением, а также ФСПР-1В и ФСПР-2Б спектрографы. Характерной особенностью некоторых из них является возможность получать изображение объекта в излучении спектральных линий.

Основные параметры используемых спектральных приборов приведены в Таблице 1.

Вторая глава посвящена экспериментальному исследованию тонкой структуры Х-гшнча и выявлению основных закономерностей его формирования.

В §2.1 излагаются модельные представления о развита перетяжки Х-пинча, сложившиеся на основе первых экспериментов, этих представлениях используется концепция радиационног коллапса, уточненная в отношении описания радиационного скиниро вания и влияния состояния поверхности и испарения на прввращани металла в плазму.

Основные экспериментальные закономерности динамики плазм Х-пинча, полученные в данной работе, представлены в §2.2, В экс перименте использовались проволочки о диаметрами от 8 до 50 мкм изготовленные из Мб, И, ЗЮ2, Т1, Ш, Си, Мо, Рй, Бп и Ш.

Горячая плотная область, образующаяся в перекрестии провс лочен в процессе пинчевания, имеет сложную структуру, формирук щуюся в ходе одновременного развития нескольких конкурирущк друг с другом процессов и зависящую от "начальных условий (материала, погонной массы и конфигурации проволочек, состоят? поверхности и т.д.). Тем не менее существует целый р? характерных особенностей, устойчиво воспроизводящихся от Еыстре ла к выстрелу и отличающих Х-тнч от других 2-пинчей. Этс прежде всего, аксиальные (приосевые) и радиальные (боковые выбросы плазмы из перекрестия, образование в перекрест! "минидиода" (МД), характерная "двойная" структура "горяч* точек" (ГТ), резкая катод-анодная асимметрия рентгеновою изображений и т.д. Все они подробно описаны в этом параграфе.

В пункте 2.1.1. рассматриваются аксиальные и радиалып выбросы вещества; показано, что приосевая плазма бывает дв] видов ("змейки" и "струи"). Если более жесткие и горячие струи это плазма, вытесненная из перекрестия в ходе МГД-сжатия, '

вещество "змеек", возникающих значительно раньше "струй", - не что иное как продукты десорбции и испарения материала проволочек, стянутые разрядом к оси Х-пинча подобно тому, как это происходит при взрыве многопроволочных лайнеров. Скорости распространения "змеек" и "струй" различаются почти на порядок: скорость охлопывания вещества на оси оценивается как * 108 см/с, тогда как струя вытекающей горячей плазмы распространяется со скоростью звука ~ ¿Т /т^, что в среднем дает значение й 107 см/с.

Пункт 2.2.2 посвящен мштдиоду (МД) - центральному образованию в катод-анодном промежутке генератора, возникающему приблизительно на 20 - 30 не от начала импульса тока. Его характерные размеры вдоль оси - порядка 100 мкм; с ростом атомного номера материала нагрузки и ее исходной массы "электроды" МД сближаются.

"Горячие точки", возникающие в перекрестии проволочек, рассматриваются в пункте 2.2.3. Показано, что наиболее характерной для Х-пинча является двойная катод-анодная структура "горячих точек", причем рентгеновское излучение "анодной" ГТ почти всегда более жесткое и интенсивное. Иногда при использовании сравнительно легких материалов (А1, возникает много "горячих точек", •причем они могут располагаться довольно далеко от перекрестья: по всей видимости, такие удаленные ГТ возникают вследствие пинчевания "змеек", идущего одновременно с радиационным сжатием перекрестия проволочек, - последнее для легких элементов менее эффективно, поскольку его возможности ограничены невысоким значением заряда ядра.

Размеры И, особенно на стадии глубокого сжатия, по-видимому еще меньше, чем удалось пока измерить: различные оценки сверху дают значения < 18 мкм (по пространственной ширине области эмиссии в жестком непрерывном спектре), < 10 мкм (по брзгг-френелевским измерениям) и порядка нескольких микронов (по ширине полутени обскурного изображения).

В пункте 2.2.4 описана одна из существенных особенностей Х-пинчевнх экспериментов, - генерация электронного пучка в перекрестии проволочек. Действием этого пучка можно объяснить характерную катод-анодную асимметрию рентгеновских изображений Х-пинча, а также то обстоятельство, что линии характеристического излучения регистрируются только с его анодной стороны. Происхождение пучка мокно связывать с минидиодом: ускоренные в его зазора электроны, взаимодействуя с относительно холодной плазмой "вмеек", а также нейтральным веществом проволочных кернов, вызывают тормозное и характеристическое свечение этих областей. Косвенные оценки максимальной энергии пучка дают значения 80100 кэВ, а для величины генерируемого тока - не менее нескольких десятков килоашер.

В пункте 2.2.5 рассматриваются Х-пинчи, в которых скрещивались проволочки из разных материалов; обычно это сопровождается неодинаковым нагревом Блдества проволочек, что на эопограшах и рентгенс-ЕОких обскурогранмах проявляется в гораздо более ярком свечении одной из проволочек, причем вне зависимости от того, насколько существенно различаются их диаметры и атомные номера.

Обсуадаются два способа перекрещивания проволочек в зазоре диода и то, как это сказывается на формировании "горячих точек"

и виде спектров, испускаемых из этой области.

В §2.3, как итог экспериментальных -наблюдений, излагается качественная модель динамики 1-шнча, согласно которой он рассматривается как минидаод, соединенный с реальными электродами через токоподводящиэ шнуры довольно холодной плазмы о внутренними плотными кернами вещества проволочек. Дополняющие эту картину "змеки" и струи вряд ли играют важную роль на стадии радиационного сжатия. Асимметрия геометрии разряда, присущая Х-пинчу, сказывается на характере движения ударных волн, которые играют определяющую роль на стадии гидродинамического сжатия, в результате чего происходит формирование электродов ВД и выделяются "анодная" и "катодная" области глубокого сжатия вещества. С формированием минидиодных ГТ интенсифицируется вытекание нагревшейся в них плазмы, а то обстоятельство, что это вытекание происходит не в пустоту, а в довольно плотную и холодную среду со спадающей к периферии плотностью, приводит к искривлению движения вытекающей шгазыы, постепенно приобретающего поперечный характер (усиливающийся при столкновигельном взаимодействии противонаправленных струй из "анодной" и "катодной" ГТ).

Параметры, характерные для различных областей Х-пинча, приведены в Таблице 2.

Третья глава посвящэна определению параметров плазмы "горячей точки" Х-пинча рентгеноспектральными методами.

Во введении дается краткий обзор известных на данный момент методов измерения параметров высокотемпературной плазмы по спектрам многозарядных ионов, всегда присутствующих в такой среде.

В §3.1 приведены результаты определения параметров плазмы наиболее сжатой области Х-пинча. Электронная плотность определялась по отношению интенсивностей диэлектронных сателлитов резонансных линий Н-подобных ионов алюминия и кремния (использовалось отношение суммы интенсивностей нескольких близколежащих триплетных линий 2р23Р 1з2р^Р и Рз2р3Р -*- ?s2a3S к

интенсивности наиболее сильной синглетной линии 2p21D2 iaPp1?^ Этот метод позволяет проводить измерения плотности в области ng от 10гз до ID25 см-3. Для измерения температуры плаз-щ использовалось отношение интенсивностей диэлектронного сателлита 2p21D2 1а2р1Р1 и резонансной линии Н-подобного иона. Типичные значения электронной температуры и плотности при данной энергетике установки - Те * 550-950 эВ и пе « 3>10гз см-3.

Для определения параметров плазмы на стадии распада "горячей точки" (§3.2) проводились измерения интенсивностей серии переходов 1зпр[Бл -*■ 7s21SQ (п = 5-12) He-подобного иона A1XII на различных расстояниях от перекрестья проволочек. Отношение интенсивностей этих линий сопоставлялись с результатами численных расчетов поуровневой кинетики иона A1XII, выполненных в рамках квазистапдонарного приближения для радиаци-онно-столкновительной модели; в результате был сделан вывод о том, что на расстояниях з ? 300 мкм от "горячей точки" ионизационное состояние плазмы является рекомбинационно-неравноввсным (переохлажденная плазма). В этом случае рассматриваемые отношения интенсивностей очень слабо зависят от температуры плазмы и могут быть использованы для определения ее плотности (ее величина оказалась порядка 1018 см-3).

В §3.3 делается оценка параметров плазмы Х-пинча по Ь-спектрам молибдена. Она производилась путем сопоставления экспериментальных и расчетных спектров, смоделированных для разных состояний плазмы. В наших экспериментах соотношение плотностей неоно- и натриеподобных ионов молибдена оказалось равным 5, что свидетельствует о "сверхплотности" плазмы Х-пинча (для сравнения, это соотношение в .экспериментах с лазерной плазмой не превышало 1,5); электронная температура может быть оценена как 1 кэВ.

В четвертой главе сообщаются результаты прецизионных измерений 1-спектроЕ многозарядных ионов никеля, меди и молибдена.

Высокая плотность линий Х-спектров и их относительно малая интенсивность в плазменных экспериментах, требуют использования светосильной аппаратуры и высокотемпературного источника с малыми размерами излучающей области; желательно также присутствие в плазме достаточного количества переохлааденных (относительно ионизационного состояния) ионов, поскольку спектральные линии таких ионов становятся очень узкими, что позволяет измерять длины волн п на порядок более высокой точностью. С этой точки зрения использование Х-пинча в качестве источника плазмы представляется весьма удобным, т.к. на стадии сжатия перетякки Х-пинча можно получить горячую плотную плазму с высокой степенью ионизации, а при дальнейшем ее разлете на расстояние нескольких мм от центра и охлаждении в процессе рекомбинации возбуждается Золылое количество уровней с "узкими" линиями. В §4.1 приведены результаты рентгеноспектральных измерений излучения многозаряд-зых ионов Си и N1 в плазме Х-пинча с помощью спектрографа

Иоганна со щелью и описана простая методика обработки спектро грамм; в результате было зарегистрировано большое числ спектральных линий, в том числе целый ряд ранее не идентифициро ванных. Спектральная точность измерений tX/K составляет Ю-4.

В §4.2 описаны результаты экспериментов по регистрации плазме Х-ттча спектров излучения многозарядных ионов молибден в диапазоне длин волн 4,4-5 I с помощью светосильного спектро графа ФСПР-ID; дальнейшая идентификация спектральных лини производилась путем сопоставления экспериментального спектра ■ результатами теоретического моделирования, использующее компьютерные расчеты энергетической атомной структуры (программ YODA, HULLAC). Теоретические интенсивности сателлитных лини были получены из квазистационарной корональной кинетическо: модели. Экспериментальные значения длин волн определялис посредством линейной интерполяционной процедуры с использование: в качества реперов резонансных линий [Ne]-подобного молибдена Относительная погрешность измерений составляет примерно +0,0011

Результаты всех измерений приведены в 3-х таблицах конце главы.

Пятая глава посвящена некоторым возможностям Х-пинча ка: источника МРИ и носит прикладной характер.

В §5.1 описаны эксперименты по формированию интенсивны монохроматических коллимированных пучков мягкого рентгеновског излучения (X. =4 А и 10 к). Предопределенность месторасположени "горячей точки" Х-шшча позволяет совместить с ней фокус сфери ческого кристаллического зеркала; которое по законам геометри ческой оптики и с учетом условия Брэгга 2й>ооав = дй. (d

межплоскостноа расстояние кристалла, В - угол падения, т -порядок отражения) формирует параллельный монохроматический пучок. Благодаря небольшим размерам источника и высокому качеству кристаллических зеркал пучки обладают малой расходимостью и хорошей монохроматичностью. В экспериментах использовались кристаллы слюды (2с1=19,94 А) размером 10 мм »40 мм с радиусами сферической поверхности 100 и 250 мм. Рабочий набор длин волн определяется способностью кристалла отражать излучение в высших порядках. Слюда хорошо отражает рентгеновское излучение во многих порядках, практически от первого (19,94 А) до пятнадцатого (1,33 А). Подбирая рабочее вещество пинча, можно совместить спектральную область его наиболее интенсивного излучения с определенным порядком отражения кристалла. Так медный Х-пинч давал интенсивное излучение с длиной волны- около 10 I (второй порядок отражения), а палладиевый - около 4 1 (пятый порядок). Монохроматичность пучков определяется прежде, всего величиной апертуры зеркала; з данной работе для кристалла с радиусом изгиба 250 мм она составляла ШХ 4«10~3. Расходимость пучков контролировалась с помощью тонких металлических сеток в качестве тест-объекта и не превышала 5«Ю-4.

В §5.2 описана схема монохроматического рентгеновского зондирования плотной плазмы с Х-пинчем в качестве источника подсветки. Эта схема позволяет не только получать теневые изображения ярких плазменных объектов в отдельных спектральных линиях с высоким пространственным разрешением, но и существенно снизить, по сравнению с другими известными схемами рентгеновского зондирования, требования к источнику излучения. Кроме того,

она обладает полем зрения, измеряемым сантиметрами, что дает возможность исследовать с ее помощью практически любые плазменные объекты. В настоящей работе эта схема тестировалась с целью определения обеспечиваемого ею пространственного разрешения, которое здесь практически не зависит от размера источника и определяется только аберрациями сферического зеркала, с помощью которого строится теневое изображение источника, а такке дифракционными свойствами кристалла. В эксперименте использовался Х-пинч с проволочками из алюминия, никеля и палладия. Полученные тенеграммы тест-объекта (сетки с шагом 400 мкм и тонкой (<* 8 мкм) стеклянной нити) свидетельствуют, что пространственное разрешение по объекту заведомо не хуже 5 мкм.

В §5.3. описывается новый вид рентгеновской оптики -стеклянно-капкллярный концентратор (СКК), действие которого основано на полном внешнем отражении МРИ от внутренней поверхности стеклянных капилляров. Собрав капилляры в пучок, можно реализовать устройство для преобразования расходящегося пучка рентгеновских и гамма-квантов в параллельный или сходящийся; при этом в пятне фокусировки достигаются большие плотности потока мягкого рентгеновского излучения.

Возможности СКК для изучения характеристик излучающей области в диапазоне от 3 до 15 А и получения изображения горячей плотной плазмы этой области изучались в Х-пинчевых экспериментах с проволочками из алюминия и палладия. В применяемом СКК использовались 450 стеклянных капилляров длиной 600 мкм; внутренний и внешний диаметр каждого - соответственно 400 и 600 мкм; переднее и заднем фокусное расстояния СКК составляли 60 мм. В ходе

«спериментов установлено, что СКК ослабляет жесткую рентгеновски компоненту (Л ^ 1 1) по меньшей мере на два порядка. !начание плотности энергии МРИ в пятне фокусировки достигало < 20-30 мДж/см2 («< 105-105 Бт/см2) в спектральном ,диапазоне и 5$ 9-10 А. В данном эксперименте стеклянно-капиллярный сондентратор работал как рентгеновская линза, передающая изобра-кение плазмы в масштабе 1:1. Полученное в фокусе СКК изображение юлучающей плазмы позволяет разглядеть те элементы структуры, {оторые совсем не видны на обскурограмме этого же объекта в Золее коротковолновом диапазоне мягкого рентгеновского язлучения.

В заключении приведет! основные результаты проведенных экспериментов и вывода.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I. Создан диагностический комплекс для всестороннего изучения характеристик излучения плазменной нагрузки сильноточного диода и динамики протекающих в ней процессов. Комплекс включает оптические диагностики с временным и пространственным разрешением и рентгеноспектралыше диагностики с высоким пространственным разрешением. Использование разных типов кристаллических спектрографов и нескольких, в том числе оригинальных, схем регистрации предоставляют широкие возможности изучения мягкого рентгеновского излучения плазмы в диапазоне от 0,4 до 20 А с высоким спектральным (к/АХ Ю4) и пространственным (<=<10 мкм) разрешениями, а также получения одно-

и двумерных рентгеновских изображений плазменных объектов Впервые в экспериментах с плазменными микроисточниками был) испытаны и применены для оценки размеров "горячих точек высокоразрешающие брэгг-френелевские линзы (ЕФЛ).

2. Экспериментально исследована тонкая структура Х-пинча 1 выявлены основные закономерности ее формирования. Впервы! зарегистрирована двойная структура "горячей точки" Х-пинча уточнено происхождение приосевой плазмы, - показано, что он. порождается двумя разными процессами: во-первых, стягиванием ; оси сорванной разрядом с поверхности проволочек "грязи", , также испаренного материала проволочек ("змейки"), и, во-вторых выбросом вещества из перекрестия Х-пинча ("струи"). Исследован условия возникновения электронного пучка, генерируемого минидиоде Х-пинча, и измерены его основные параметры. Как ито: многочисленных экспериментальных наблюдений предложен качественная модель динамики Х-пинча, объясняющая основны экспериментальные наблюдения.

3. С помощью рентгеноспектралъных методов измерен параметры плазмы "горячей точки" Х-пинча; показано, чт электронные плотность и температура в наиболее сжатой облает превышают значения Ю23 см-' и I кэВ соответственно.

4. Проведены прецизионные измерения длин волн и идентифика ция рентгеновских спектров сателлитных структур многозарядны ионов никеля, меди и молибдена. Относительная погрешност измерений для никеля и меди А\/\ составила Ю-4, при этом бы идентифицирован ряд новых На-подобных сателлитных линий спектрах этих ионов. Точность измерений длин , волн

экспериментах с молибденом достигала ±0,001 А; идентифицирован ряд спектральных линий, излучаемых при радиационном распаде автоионизационных уровней На- и М§-годобных ионов Мо.

5. Используя в качестве источника Х-пинч, впервые удалось получить высокоинтенсивные монохроматические коллимированные пучки мягкого рентгеновского излучения с длинами волн 4 и 10 А. Достигнутые параметры пучка (энергия 2-3,3 мкДж, монохроматичность ЬХ/\ = 4»Ю-3 и расходимость 5-ГО-4) находятся на уровне характеристик излучения наиболее коротковолнового из известных в настоящее время Та лазера (А: - 45 1), ив некоторых отношениях (расходимость, коротковолновость, КПД) даже превосходят их.

6. Испытана новая схема монохроматического рентгеновского зондирования, позволяющая получать теневые изображения ярких плазменных объектов в отдельных спектральных линиях с высоким пространственным разрешением (не хуже 5 мкм), а также обеспечивает большое поле зрения, и во многих случаях может служить альтернативой использованию коротковолновых лазеров.

7. Продемонстрирована возмокность использования нового физического прибора - стеклянно-капиллярного концентратора - для исследования структуры излучающей области плазменного источника. Показано, что стеклянно-капиллярный концентратор однозначно воспроизводит изображение структуры плотной горячей плазмы Х-пинча в мягком рентгеновском диапазоне спектра, и при этом в отличие от традиционных камер-обскур обеспечивает ослабление интенсивности жесткого рентгеновского излучения на два порядка и повышение контраста изображения.

Основные результаты диссертации опубликованы в следуй работах:

1. С.М.Захаров, А.А.Коломенский, С.А.Пикуз, В.М.Романова,

A.И.Свмохин, Возбуждение рентгеновских спектров многоэарядшга ионов при взрыве проволочки в диоде сильноточного электронного ускорителя "Дон".-Письма в ЖТФ, 1980, т.6, с.1223-1226.

2. С.М.Захаров, В.М.Романова, А.И.Самохин, Простой способ подавления паразитной генерации и повышения коэффициента усиления в кристалле ИАГ:Ш. - Письма в ЖТФ, 1991, т. 17, вып. 16, сс. 3-4.

3. Ю.А.Агафонов, Б.А.Бринеткин, А.И.Ерко, А.Р.Мингалеев, С.А.Пикуз, В.М.Романова, И.Ю.Скобелев, А.Я.Фаенов, Т.А.Шелковенко, Получение изображения "горячей точки" быстрого 2-пинча с помощью линейной брэгг-фрвнелевской линзы.- Письма в ЖТФ, 1992, т. 18, вып. 16, сс. 56-59.

4. Г.В.Иваненков, А.Р.Мингалеев, С.А.Пикуз, В.М.Романова,

B.Степневски, Т.А.Шелковенко, К.Ях, Развитие перетяжек в плазме взрывающихся проволочек.- Краткие сообщения по физике, I 11,12 - 1992, сс. 16-20.

5. Ю.А.Агафонов, Б.А.Вршеткин, А.И.Ерко, А.Р.Мингалеев,

C.А.Пикуз, В.М.Романова, И.Ю.Скобелев, А.Я.Фаенов, Т.А.Шелковенко, Изображающая спектроскопия микроплазменных объектов с помощью кристалла слюды с поверхностной структу[ зонной пластинки.- Квантовая электроника, 1993, т.20, N 2, сс. 201-203.

6. С.А.Пикуз, В.А.Бршеткин, Г.В.Иваненков, А.Р.Мингалеев, В.М.Романова, И.Ю.Скобелев, А.Я.Фаенов, С.А.Хахалин, Т.А.Шелковенко, Источник для фотонакачки рентгеновских лазеров на основе Х-пинча.- Квантовая электроника, 1993, т.20, N 3, сс. 237-243.

7. А.Я.Фаенов, А.Р.Мингалеев, В.М.Романова, С.А.Пикуз, Т.А.Пикуз, И.ГО.Скобелев, Т.А.Шелковенко, Формирование внсокоинтенсившх монохроматических коллимированных пучков мягкого рентгеновского излучения Х-пинча в диапазоне длин волн 0,4 - 1,0 нм с помощью сферических кристаллических зеркал.- Квантовая электроника, 1993, 7.20, N 5, рр. 457-460.

8. А.Р.Мингалеев, Дж.Нильсен, С.А.Пикуз, В.М.Романова,

A.Я.Фаенов, Т.А.Шелковенко, Ш.А.Эрматов, Спектры многозарядных ионов, никеля и меда в плйзме Х-пинчэ.~ Квантовая электроника, 1993, т.20, №5, рр. 461-470.

9. В.Л.Канцырэв, А.Р.Мингалеев, О.Г.Пэтрухин, С.А.Пикуз,

B.М.Романова, Т.А.Шежоввкко, А.С.Шшпцева, А.Я.Фаенов, О возможности использования стекляяно-капиллярных концентраторов мягкого рентгеновского излучения в исследованиях высокотемпературной: плазмы.- Письма в ЖТФ, 1993, т. 19, вып. 7, сс. 42-45.

10. В.Л.Каяцырев, А.Р.Мингалеев, О.Г.Петрухин, С.А.Пикуз, В.М.Романова, Т.А.Шелковенко, А.С.Ыляодева, А.Я.Фаенов, Исследование характеристик рентгеновского излучения высокотемпературной плазмы с помощью стеклянно-капилляршх конверторов.- Квантовая электроника, 1993, 20, N 12,

сс. 1181-1184.

11. А.Баргник, Г.В.Иваненков, Л.Кврпински, А.Р.Мшгалеев, С.А.Пикуз, В.М.Романова, В.Степневски, Т.А.Шелковенко, К.Ях, Динамика плазма взрывающихся металлических проволочек и диэлектрических нитей.- Квантовая электроника, 1994-, т.21 N 2, со. 181-185.

!2. S.A.Pikus, E.A.Bryunetkin, G.Y.Ivanenkov, A.R.Mingaleev, Y.M.Romanova, I.Yu.Skobelev* A.Yu.Faenov, S.A.KhaMialtn, T.A.Shelkorenko, Radiative properties of hot dense X-plnch.-JQSRI, 1994, Yol.51, No.1/2, pp. 291-302.

13. A.Ya.Faenov, S.A.Pikua, A.I.Erko, B.A.Bryunetkin, Y.M.DyakiJ C-.Y.Ivanenkov, A.R.Mingaleev, V.M.Romanova, T.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, Higji-perforinance X-ray spectroscopic devici fop the plasma Bicrosources investigations.- Fhysica Script: 1994, Vol. 50, pp. 333-33S.

14. С.А.Пикуз, В.М.Романова, Т.А.Шелковенко, Т.А.Пикуз, А.Я.Фаешв, Е.Фэрстер, Дж.Вольф, О.Веерхан, Использование высоких порядков отражения от кристаллов слюды для рентгэностактралыпга исследований в диапазоне длин волн 0.1 0.3 нм.- Квантовая электроника, 1995, т. £2, N 1, сс. 21-24

15. A.I.Erko, L.A.Panchenko, S.A.Pikuz, A.R.Mingaleev, V.M.Romanova, T.A.Siielkoverxito, A.Ya.Faenov, B.A.Bryunetkin, T.A.Pikus, I.Yu.Skobelev, Microplasnia object imaging spectroscopy by using zone plate surface structure on mica crystal.- Review of Scientific Instruments, 1995, 66 (2), pp. 1047-1049.

16. A.Ya.Faenov, Б.А.Нanraer, J.Nilsen, A.Osterheld, S.A.Pikus, T.A.Pikus, Y.M.Romanova, T.A.Shelkovenko, I.Yu.Skobelev,

Transitions from Na-like and Mg-like autoionlzing levels of multicharged niolybdenium ions in an X-pincii plasma.-Phyaica Scripta, 1995, Vol 51, pp. 454-453.

17. Г.В.Иваненков, А.Р.Мкнгалеев, Т.А.Новикова, С.А.Пикуз, В.М.Романова, Т.А.Швлковенко, Влияние состояния поверхности металла на электрический взрыв тонких проволочек.- ЖТФ, 1995, Т.65, ВЫП.4-, ОС. 40-45.

18. S.A.Pikua, V.M.Roraanova, Т.A.Sheikovenko, D.A.Hammer,

A.Ya.Paenov, Spectroscopic investigations of the short wavelength X-ray spectra from X-pinch plareas.- Physica Scripta, 1995, Vol. 51, pp. 517-521.

19. С.А.Пикуз, Т.А.Шелковенко, Д.А.Хаммер, А.Я.Фаенов, Т.А.Пикуз,

B.А.Дшош, В.М.Романова, Монохроматическое рентгеновское 3Г.,Т7TrimоР o-p-iTм CbSOXIUOTHO^ ПЛЗЗМН.— ILHCbViB В ЖЭТФ, 1995, чып. в, со.621 —626.

2G. T.A.FiRuz, A.Ya.Paenov, S.A.Pilots, V.M.Romanova,

T.A.Shelkovento, Bragg X-ray optics for imaging spectroscopy of plasma microsourees.- Journal of X-ray Science and Teclmology, 1995, 5, pp. 323-340.

21. А.И.Магунов, Я.Ю.Скобелев, А.Я.Фаенов, С.А.Пикуз* В.М.Романова, Т.А.Шелковенко, Исследование формирования линейчатого рентгеновского эмиссионного спектра сверхплотной плазмы Х-пинча.- ЖЗТФ, 1995, т. 108,

вып.5 (11), стрЛ625-1633.

22. И.Ю.Скобелев, А.Я.Фаенов, Б.А.Брнжеткин, В.А.Дякин, Т.А.Пикуз, С.А.Пикуз, В.М.Романова, Т.А.Шелковенко, А.Р.Мингялеев, Исследование радиационных свойств

плазменных объектов методами рентгеновской изображающей спектроскопии, Ж31Ф. - 1995, т. 108, вып. 4(10), стрЛ263-1308.

23. Т.А.Шелковенко, К.Ю,Скобелев, С.А.Пикув, Б.Зтлшиер, В.М.Романова, А.Я.Фаенов, С.Аттелан, А.С.Чуватин, Ренггеносшктроскошческое исследование процесса стабилизации плазменного столба в сложном Е-пинче.-Квантовая электроника, 1996, 23 (2), в печати.

24. Г.В.Иваненков, А.Р.Мингалеев, С.А.Пикуз, В.М.Романова, Т.А.Шелковенко, Экспериментальное изучение динамики Х-пинча.- Физика плазмы, 199Е, в печати.

Таблица 1. Параметры спектральных приборов

Спектрографы со щелью : 1 2 3 4 1 5

плоский спектрограф 1-20 0.1-0.2 ю-3 100 20 1

выпуклый спектрограф 1-20 1 Ю-3 100 20 1! I!

спектрограф Иоганна 1-20 0.05-0.2 10~4 — 20

спектрограф Кощуа 0.4-1.5 0.2-0.4 6х10~+ — 20 [

ФСПР спектрограф 1-20 0.05-0.2 ]0-4 — 20 I

ФСПР-2Б А спектрограф 1-20 0.05-0.2 10~4 100 20 |

рентгеновский микроскоп 1-20 0.01 — 5-10 5-10 »

Устройства с искусственными элементами : 1 2 3 4 •

пропускающая решетка 5-100 1 Ю-2 — 25 1 1

Брэгг-Френелевская линза 1-15 0.01 кг2 0.5-0.1 20 |

кристаллическая зонная пластинка 3-20 0.1-0.2 Ю-3 100 0.5-1 | • 1

. - спектральная область, А; ! - относительный спектральный диапазон

Атах "Ь ~

! - спектральное разрешение АЛ/А;

; - пространственное разрешение в направлении дисперсип, мкм; I - пространственное разрешение в направлении, юрпендикулярном дисперсии, мкм

Таблица 2. Параметры Х-пинча

Область Х-пинча Размер, мм Плотность, см-3 Температура, эВ Длительность, НС Диапазон спектра, А Энергм Дж

проволочные остовы (2-5И0-2 1023 1 100 — -----

редкая плазма 1-10 1017 - 101Э 10 - 100 100 10 - 103 102 - И

струи 1-10 1С18 - ю20 50 - 300 30 10 - 103 10-10

плотная плазма 0,1 - 1 ю20 - ю22 100 - ТОО 10 - 30 3 - 100 10-50

МДиГТ < 0,02 > ю23 >800 <5 1 - 10 1 - 10

е-пучки 1-2 1012 ~ 10" >5000 2-10 0,1-2 > 100

Ьлучки | 1-2 нет данных нет данных нет данных нет данных нет даннъо