Формирование ионно-молекулярных пучков при газовой и лазерной нейтрализации тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Развита теория квазиравновесных состояний плазменно-пучковых систем, что позволило определить условия образования и существования пространственно неоднородных плазменно-пучковых систем. Исследована динамика установления квазиравновесного состояния плазменно-пучковых систем с учетом реальных условий транспортировки ионных пучков, проведен анализ основных параметров плазменно-пучковых систем, способных влиять на структуру ионно-молекулярных пучков.

2. Установлен механизм образования неоднородных структур из гладких и монотонных начальных распределений в бесдиссипативных системах гидродинамического типа. Определены необходимые и достаточные условия формирования таких образований, найдены критерии, которые по виду начальных распределений позволяют прогнозировать эволюцию системы. Показано, что под действием малых возмущений в начальных условиях, которые оставляют начальные распределения монотонными, возможно формирование неоднородных распределений плотности в пучках.

3. В рамках гидродинамического приближения проведен анализ влияния неоднородности и кинетических процессов на динамику плазменнопучковых систем. В квазилинейном приближении исследованы особенности развития ленгмюровских и ионно-звуковых неустойчивостей и определены условия устойчивости относительно этих возмущений. Изучены нелинейные, негармонические ленгмюровские колебания в условиях ионизационной неравновесности. Определены основные характеристики и условия существования таких колебаний.

4. Предложен метод решения нестационарного, нелинейного уравнения Власова, который позволяет изучить новый класс состояний далеких от термодинамического равновесия в бесстолкновительной плазме и провести исследование нелинейных потенциальных волн большой амплитуды, в том числе нелинейных волн с переменной скоростью распространения. В рамках развитого подхода показана возможность существования в бесстолкновительной плазме солитонов. Построена функция распределения общего вида, отражающая действие начальных условий. Показано, что в предельных случаях эта функция сходится к известным распределениям.

5. Проведено исследование особенностей формирования молекулярных пучков при фотонейтрализации. Получено аналитическое описание динамики электронов во время фотонейтрализации, предложена методика согласования параметров лазерного нейтрализатора и ионных пучков, что позволило проанализировать действие различных факторов на характеристики получаемых молекулярных пучков.

6. Предложена и обоснована концепция лазерного нейтрализатора отрицательных ионов на основе газодинамического лазера.

Автор диссертации выражает благодарность зам. директора по научной работе ГОКБ "Горизонт" В. А. Маевскому и зав. отделом ИВТ РАН проф. Л. Н. Пятницкому за интерес и благожелательное отношение к проведенным исследованиям, В. Л. Боброву, проф. В. А, Щеглову и проф. В. А. Скворцову за постоянное, стимулирующее внимание к работе и полезное обсуждение ряда вопросов, затронутых в диссертации.

Заключение

Цель данной работы состояла в изучении неравновесных и нелинейных явлений в интенсивных ионных пучках, способных влиять на пространственную структуру пучков. Для таких пучков изучены особенности транспортировки в разреженном газе и вакууме в отсутствие внешних полей, когда следует учитывать пространственно неоднородную структуру пучка. Было рассмотрено одно из возможных приложений ионных пучков - формирование интенсивных молекулярных потоков путем фотоионизации отрицательных ионов. Выявлены и исследованы некоторые механизмы формирования существенно неоднородных распределений, определяющих пространственную структуру заряженных, а, следовательно, и молекулярных пучков.

1. Лоусон Дж. Физика пучков заряженных частиц. М.: Мир, 1980.

2. Габович М.Д. Ионно-пучковая плазма и распространение интенсивных компенсированных пучков. // УФН 121 Вып. 2 259 (1977).

3. Мишин Е.В. Взаимодействие электронных потоков с ионосферной плазмой. М.: Гидрометиздат, 1989.

4. Ахиезер А.И., Ахиезер И.А. Половин Р.В. и др. Электродинамика плазмы. М.: Наука, 1974.

5. Габович М.Д., Плешивцев Н.В., Семашко H.H. Пучки ионов и атомов для управляемого термоядерного синтеза и технологических целей. М.: Энергоиздат, 1986.

6. Быстрицкий В.М., Диденко А.П. Мощные ионные пучки. М.: Энергоиздат, 1984.

7. Семашко Н.И., Владимиров А.Н., Кузнецов В.В. и др. Инжекторы быстрых атомов водорода. М.: Энергоиздат, 1981.

8. Кудрявцев H.H., Мазяр O.A., Сухов A.M. Методы генерации молекулярных пучков. // УФН 163 Вып. 6 75 (1993).

9. Коледония Дж.Э., Креч Р.Х., Грин Б.Д. Использование источника быстрых кислородных атомов с высокой плотностью пучка для изучения процессов разрушения различных материалов. // Аэрокосм. Техника Вып. 11 102 (1987).

10. Леонас М.Д., Родионов И.Д. Исследование высокоэнергетического рассеяния атомов и молекул. // УФН 146 Вып. 1 7 (1985).

11. Davydenko V.l., Ivanov A.A., Karpushov A.N. and et. al. // Plasma Phys. 36 N 11 1805 (1994).

12. Димов Г.И., Дудников В.Г. Перезарядные методы управления потоками частиц. // Физика Плазмы 4 Вып. 3 692 (1978).14