Х-пинч, экспериментальные исследования тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

Российская академия наук Физический инстшут имени П.Н. Лебедева

На правах рукописи

Пикуз Сергей Александрович Х-пинч, экспериментальные исследования. Специальность 01.04.08 - физика плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва 2007

Работа ваполнена в Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН

Официальные оппоненты. Доктор физико-математических наук

Склизков Г.В.

Доктор физико-математических наук {Князев Б. А.

Доктор физико-математических наук Калинин ЮТ.

Ведущая организация: РНЦ ТР ШИШ.

Защита состоится 26 марта 2007 г. в 12 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д.002.023 02 Физического института им.П.Н. Лебедева РАН по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект 53, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физического института им. ГШЛебедева РАН.

Автореферат разослан « _» февраля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета д ф.м.н

Истомин Я Н.

Общая характеристика работы.

Диссертация посвящена исследованиям Х-пинча, представляющего настолько своеобразную разновидность 2-пинча, что он вполне заслуженно имеет собственное название, признанное и применяемое международным научным сообществом Х-пинч как новое направление научных исследований тесно связан с исследованиями быстрых 2-пинчей, в том числе, и 2-пинчей, основанных на многопроволочных сборках Свое название Х-пинч получил в 1982 г , когда в ходе обсуждений экспериментов по взрывающимся проволочкам и различных путей улучшения согласования генератора с нагрузкой была предложена нецилиндрическая конфигурация нагрузки Простейшая геометрически и легко реализуемая на практике конфигурация нагрузки представляет собой две проволочки, перекрещенные в виде буквы X внутри диода - оконечного устройства мощного наносекундного генератора тока Конфигурация перекрещенных проволочек в качестве нагрузки была немедленно проверена в эксперименте [1] Уже в первых опытах Х-пинч показал ряд преимуществ перед одиночными и цилиндрическими многопроволочными нагрузками, наиболее явным из которых оказалась жесткая привязка области образования горячей плазмы к перекрестию проволочек. В диссертации изложены результаты многолетних экспериментальных исследований всего комплекса особенностей Х-пинча, проведенные автором и под его руководством, начиная с момента предложения данной конфигурации нагрузки, и по настоящее время

Актуальность проблемы. Интерес к высокотемпературной плазме, возникший в связи с проблемами управляемого термоядерного синтеза (УТС), в последние несколько десятилетий только возрастал, что было обусловлено не только фундаментальными проблемами астрофизики, физики экстремальных состояний вещества, но и возможностями создания на ее основе эффективных источников ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения с уникальными временными и яркостными характеристиками, а также электронных и ионных пучков для различных приложений Подобные источники излучения необходимы как для невозмущающих методов исследования быстропротекающих физических процессов с высоким временным и пространственным разрешением, внутренней структуры биологических объектов, исследований взаимодействия мощных потоков излучения с веществом, так и для микро- и нанотехнологий

Одним из наиболее простых способов получения высокотемпературной плазмы является сжатие вещества под действием магнитного поля протекающего через вещество тока (пинч-эффект), именно этот способ (а именно микросекундный г-пинч) был использован в первых работах по УТС Однако, непреодолимые трудности, связанные с развитием неустойчивостей, привели к тому, что интерес к 2-пинчам упал Прогресс в развитии мощной импульсной наносекундной техники в 70-х годах прошлого столетия привел к новому всплеску исследований г-пинчей При этом существенно изменились концепции, заложенные в эти исследования. В одних экспериментах, например в экспериментах с взрывающимися проволочками, именно развитие неустойчивостей и формирование перетяжек стало основным фактором формирования плотной плазмы с киловольтными температурами, В других экспериментах, в частности, в экспериментах с цилиндрическими проволочными лайнерами, изначально предполагалось, что основную долю энергии, вложенной в нагрузку, составляет кинетическая энергия сжимающейся оболочки, а преобразование кинетической энергии в тепловую происходит при столкновении вещества на оси В плазменных лайнерах достигнут на сегодня рекордный для лабораторных источников выход мягкого рентгеновского излучения (более 200 ТВт и 2 МДж) При этом оказалось, что процессы в лайнерах не могут рассматриваться как простое сжатие плазменной оболочки, а имеют очень сложный характер Кроме того, выяснилось, что механизм генерации рентгеновского излучения, и особенно излучения в более жесткой части спектра (Е > 1 кэВ), в значительной мере связано все же с развитием неустойчивостей и формированием локальных плотных высокотемпературных плазменных образований Такие плазменные образования носят название горячих точек и наблюдались ранее в импульсных плазменных источниках, таких как низкоиндуктивная вакуумная искра, плазменный фокус, взрывающаяся проволочка Горячие точки имеют стохастический характер, при этом процессы их формирования протекают в малой области пространства и в короткий промежуток времени, что сильно затрудняет их исследование Именно поэтому, до проведения исследований, описываемых в настоящей работе, информация о динамике формирования и параметрах горячих точек была очень ограниченной или вообще отсутствовала Не были известны ни реальные размеры, ни время существования, ни параметры плазмы горячей точки Имеющиеся отрывочные данные, полученные, в основном на уровне оценок, не позволяли создать более ли менее адекватную модель процессов формирования

горячей плазмы в 7-пинчах, но в то же время свидетельствовали о том, что параметры вещества в горячих точках экстремально высоки, а сами они имеют очень маленькие (микронного уровня) размеры и субнаносекундное время жизни

В то же время, развитие работ по сжимающимся лайнерам потребовало создания новых экспериментальных методик для исследования процессов, протекающих в нагрузке при формировании плазмы и ее нагреве Методики должны были иметь очень высокое пространственное и временное разрешение и проникать в плотные области плазмы, недоступные для, например, хорошо известных методов лазерного зондирования Эта задача могла быть решена путем использования в экспериментах рентгеновского зондирования исследуемых плазменных объектов, однако имеющиеся в наличии источники рентгеновского излучения не обладали необходимыми для этого параметрами Кроме того, были совершенно недостаточно разработаны экспериментальные методы получения и регистрации изображений в мягком рентгеновском диапазоне

Цель работы и задачи исследований. Детальное исследование физических процессов формирования плотной горячей плазмы (горячей точки) в перетяжке 2-пинча и создание на этой основе источника мягкого рентгеновского излучения с необходимыми параметрами Поставленная задача была решена путем создания новой типа быстрого (наносекундного) 2-пинча, названного X-пинчем и его всестороннего исследования. Х-пинч представляет собой взрыв тонких проводников или нитей скрещенных в сильноточном наносекундном вакуумном диоде

Научная новизна работы заключается в том что

1 Предложен и реализован в экспериментах новый тип 2-пинча, названный Х-пинчем

2 Детально исследованы процессы в Х-пинче, приводящие к формированию в нем плотной горячей плазмы с экстремальными параметрами

3 Исследованы процессы образования горячих точек и измерены их предельные параметры, при этом получены результаты, которые потребовали пересмотра самого понятия горячей точки

4 Разработаны и применены в экспериментах новые оптические и рентгеноспектральные приборы для исследований высокотемпературной плазмы

5 Создан источник мягкого рентгеновского излучения с уникальными параметрами

Научная и практическая значимость работы состоит в том, что

Сформировано новое научное направление в исследованиях физики Ъ-пинчей и вещества в экстремальных состояниях Термин Х-пинч стал общепризнанным в мировом научном сообществе, а сам Х-пинч исследуется и используется во многих лабораториях мира

Полученные в проведенных исследованиях результаты привели к пересмотру или уточнению целого ряда представлений в физике взрывающихся проволочек, сжимающихся многопроволочных лайнеров и механизмов формирования плотной горячей плазмы в 2-пинчах

Разработанные в работе научные приборы и экспериментальные методики используются в исследованиях высокотемпературной плазмы

Разработаны физические основы источников мягкого рентгеновского излучения на основе Х-пинча для исследований в различных областях науки

Полученные экспериментальные данные дали существенный толчок развитию теории 2-пинчей и методов их моделирования

Личный вклад автора. Автору принадлежит идея Х-пинча (в равной степени с его соавторами первой публикации на эту тему), а также определяющая роль в реализации этой идеи Все результаты, представленные в диссертации получены автором лично или с его определяющим участием

На защиту выносятся следующие научные положения:

1 Х-пинч является новым плазменным объектом, обладающим рядом существенных отличий от других типов г-пинчей

2 В формировании Х-пинча важную роль играют начальные фазы взрыва проволочек, когда в результате с нагрева вещества и перехода его в гетерогенное состояние образуются плотные керны, являющиеся основным материалом, из которого под действием магнитного поля создается горячая плазма

3 Перетяжка в Х-пинче, а, возможно и в любых г-пинчах, формируется не просто в результате развития сосисочной неустойчивости, а в результате сложного каскадного процесса, приводящего, в конечном счете, к образованию фрактально структурированной области плазмы и горячей точки с чрезвычайно малыми размерами и очень коротким временем жизни

4 Параметры плазмы в Х-пинче достигают экстремальных состояний, а именно, электронных температур масштаба нескольких килоэлектронвольт и электронных плотностей, близких или даже превышающих плотность твердого тела, при этом плотность выделяемой энергии достигает 1022 Вт/см3

5 Горячая точка имеет сложную пространственно-временную структуру и представляет собой меняющуюся во времени последовательность плазменных состояний с различными параметрами

6 Рентгеновское излучение горячей точки имеет тепловой характер

7 Х-пинч является уникальным источником мягкого рентгеновского излучения в диапазоне энергий квантов 3-5 кэВ с размерами излучающей области не превышающими одного микрона и длительностью импульса излучения меньше 5-10 пс

Достоверность и обоснованность результатов, полученных в диссертационной работе, основана на комплексном подходе к исследованиям, использовании большого количества различных перекрестных и взаимно дополняющих методов диагностики и большой статистике измерений, набранной на нескольких экспериментальных установках, а также сравнением экспериментальных данных с результатами численного моделирования Часть результатов подтверждена в более поздних работах других экспериментальных групп

Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались и обсуждались на Международных конференциях по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу (Звенигород, 2000 - 2005),

Международных конференциях по физике плазмы (IEEE - ICOPS, Сан Диего, США, 1998, Монтеррей, США, 1999, Новый Орлеан США, 2000, Лас Вегас, США, 2001, Альберта, Канада, 2002, Джеджу Айленд, Корея, 2003, Балтимор, США, 2004, Монтеррей, США, 2005, Трэверс Сити, США, 2006),

Международных конференциях по плотным Z ~ пинчам (Санта Барбара, США, 1989, Лондон, Великобритания, 1993, Ванкувер, Канада, 1997, Альбукерки, США, 2002, Оксфорд, Великобритания, 2005),

Международных симпозиумах Американского общества инженеров-оптиков (SPIE, Сан Диего, 1994,2001, 2003,2004),

Международных конференциях по мощным импульсным пучкам заряженных частиц (BEAMS, Новосибирск, СССР, 1988, Прага, Чехия, 1998, Санкт Петербург, Россия, 2004),

Ежегодных собраниях Отделения физики плазмы Американского Физического общества (АРБ-ОРР, Денвер, США, 1996, Питгсбург, США, 1997, Новый Орлеан, США, 1998, Сиэтл, США, 1999, Квебек, Канада, 2000, Лонг Бич, США 2001, Орландо, США, 2002, Альбукерки, США 2003, Саванна, США, 2004, Филадельфия, США 2006),

Международных конференциях по диагностике высокотемпературной плазмы (НТРБ, Монтеррей, США, 1998, Принстон, США, 2000, Тусон США, 2002, Мэдисон, США, 2002, Сан Диего, США, 2004, Вильямсбург, США, 2006),

Международных конференциях по экстремальным состояниям вещества (Эльбрус, Россия, 2004,2005),

Всероссийском семинаре по Ъ - пинчам (Москва, 2006), Рабочих совещаниях по физике многопроволочных Ъ - пинчей (Таос, США, 2000, Абингдон, Великобритания 2002, Питлохи, Великобритания, 2004, Финикс, США, 2006)

Результаты исследований изложены в 63 статьях, в том числе в 32 статьях в периодических изданиях, рекомендованных ВАК в 2006 году для публикации результатов докторских диссертаций и 50 докладах на Международных и Российских симпозиумах и конференциях. Список публикаций приведен в конце автореферата

Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, семи глав, Заключения и Приложений Объем диссертации составляет 239 стр, включая 179 рисунков, 20 таблиц и список литературы из 253 наименований

Во введении изложена история создания Х-пинча, как новой разновидности быстрых 2-пинчей, и дается краткий обзор имеющихся экспериментов, связанных с их исследованиями

В первой главе диссертации рассмотрены конфигурации Х-пинчей, схемы и параметры экспериментальных установок, на которых проводились исследования, а также основные средства диагностики, включающие в себя электрические, оптические и рентгеновские приборы

Во второй главе рассмотрены основные методы исследования рентгеновского излучения высокотемпературной плазмы, а также принципы и схемы приборов для мягкого рентгеновского диапазона (1 - 26 А)

В третей главе изложены результаты исследований структуры Х-пинча и основных процессов, происходящих в нем, начиная с момента начала импульса тока

В четвертой главе обсуждаются результаты исследований пространственной структуры Х-пинча и измерений пространственных параметров горячей точки

В пятой главе приведены результаты исследований временных характеристик рентгеновского излучения Х-пинча и динамики формирования горячей точки

В шестой главе представлены результаты исследований спектральных характеристик Х-пинча

В седьмой главе представлены результаты определения параметров плазмы в горячей точке Х-пинча с использованием рентгеноспектральных методик и их сравнение с величинами, полученными при моделировании процессов в Х-пинчах

В заключении сформулированы основные результаты и выводы Главным итогом работы является решение крупной научно-технической задачи по исследованию и созданию источников мягкого рентгеновского излучения с уникальными параметрами на основе Х-пинча и создание нового научного направления в области физики высокотемпературной плазмы

В приложении приведены некоторые справочные материалы, использованные по ходу изложения результатов настоящей работы

Содержание диссертационной работы.

Во Введении дана краткая характеристика работы, обоснована ее актуальность, сформулированы цель и задачи исследований, изложена история создания Х-пинча, как новой разновидности быстрых 2-пинчей, и дается краткий обзор имеющихся экспериментов связанных с их исследованиями

Быстрый Z-пинч как объект научного исследования привлек к себе пристальное внимание в начале 70-х годов Это было связано с появлением в экспериментальной физике мощных наносекундных генераторов тока, предназначенных для получения сильноточных электронных пучков в простой диодной схеме с взрывоэмиссионным катодом [2]

Идея использования таких генераторов с нагрузкой диода в виде тонкого проводника привела к созданию нового класса источников плотной высокотемпературной плазмы (под таким термином обычно имеется в виду плазма с температурой большей, по крайней мере, 100 эВ и имеющей плотность большую, чем 1017-1018 см"3) Сам по себе взрью проволочек исследовался и до этого, но с другими целями [2,3,4] Однако параметры имеющихся в то время

установок не позволяли достигнуть указанного выше состояния вещества Действительно, для достижения равновесия между давлением магнитного поля тока и гидродинамическим давлением плазмы необходимо выполнение условия Беннета [5]

I2 = (8тс/Цо) Н кв Т0,

где I - ток пинча, И, - число ионов на единицу длины, кв - постоянная Больцмана, и Т0 - температура плазмы При низких значениях начальной плотности плазмы на заре термоядерных исследований [6], это условие легко выполнялось и для микросекундных генераторов тока, однако возникновение и рост плазменных неустойчивостей не позволили использовать простую идею генерации горячей плазмы с помощью сжатия ее магнитным полем (г-пинчи) для осуществления термоядерного синтеза.

При взрыве проволочки образуется первоначально среда в различных фазовых состояниях и с очень высокой плотностью, и разлет вещества не может быть остановлен магнитным полем медленно нарастающего тока Именно поэтому только наносекундные (г < 1 мкс) генераторы с амплитудой тока большей 100 кА позволили создать условия для генерации высокотемпературной плазмы [7,8]. Название плазменного источника «взрывающаяся проволочка» при этом сохранилось, что создает иногда некоторую путаницу в понятиях Довольно быстро появились нагрузки, состоящие из нескольких параллельных проволочек [9,10], что существенно улучшало согласование низкоимпедансных генераторов с нагрузкой и увеличивало эффективность передачи энергии в плазму [11,12,13] Коэффициент преобразования энергии «от розетки» в коротковолновое излучение при этом возрастал Многопроволочная схема по своей идее близка к схемам создания нагрузки сильноточного диода при импульсном напуске газа [14,15], или при заполнении диода лазерной плазмой непосредственно перед электрическим разрядом [16] Вместе с тем, как показали последние исследования, имеются весьма существенные, даже кардинальные, различия между многопроволочными сборками и «непроволочными» методами создания нагрузок сильноточных диодов [17,18] Необходимо отметить еще один интересный способ создания высокотемпературной плазмы в наносекундном разряде, а именно, в разряде через диэлектрический канал или капилляр [19], на основе которого удалось разработать малогабаритные источники ВУФ излучения, в том числе когерентного [20] Следует также упомянуть два важных примера г-пинчей, длительность электрического разряда в которых лежит в микросекундном

диапазоне, и в которых, тем не менее, достигнуты высокие плазменные параметры (киловольтные температуры и плотности, превышающие Ю20 см"3) Имеются в виду плазменный фокус, исследования которого активно ведутся по настоящее время [21,22], и вакуумная искра [23-26], в которых было обнаружено интересное и важное плазменное явление, именуемое «горячей точкой» Образование «горячей точки», несмотря на микросекундный разряд, связано с наносекундными процессами в плазме Именно «горячей точке» и механизмам ее порождающим будет уделено существенное внимание в настоящей работе

Всплеск интереса к быстрым пинчам в последние 5 лет и возрождение интереса к взрыву одиночных проволочек связан с впечатляющими успехами экспериментов по сжатию сверхмощным импульсом тока цилиндрической нагрузки из нескольких сотен тонких проводников [27,28] В лаборатории Сандия (Sandia National Laboratories, Albuquerue, США) на установке Z (20 МА, 100 не) удалось получить импульсы рентгеновского излучения с рекордными параметрами (энергия излучения в диапазоне длин волн короче 12 Á превышала 400 кДж, а мощность излучения достигала 200 ТВт) с высокой эффективностью преобразования энергии электрического разряда

Интерес к исследованиям взрыва одиночных проводников, в том числе при сравнительно небольших токах разряда (до 10 кА) в наносекундном диапазоне времени связан, прежде всего, с необходимостью получения достоверной информации о начальной стадии взрыва проволочек в многопроволочных нагрузке«, начиная с «холодного старта», т.е с момента начала прохождения тока через проволочку [29,30,31]

Настоящая работа посвящена исследованиям Х-пинча [1], являющегося разновидностью Z пинча, но разновидностью настолько своеобразной, что он вполне заслуженно имеет собственное название, признанное в мировом научном сообществе Х-пинч представляет собой новое направление научных исследований, тесно связанных с другими исследованиями Z пинчей, в том числе с исследованиями многопроволочных нагрузок, упомянутых выше В работе изложены результаты многолетних экспериментальных исследований X пинча, проведенные автором и его ближайшими коллегами под его руководством, начиная с момента предложения данной конфигурации нагрузки, и по настоящее время Авторы других работ по Х-пинчу, а такие исследования сейчас ведутся в нескольких лабораториях мира, в значительной степени следовали нашим результатам, дополняя и уточняя последние Поэтому, написание специальной обзорной главы не имело смысла, и результаты других

авторов упомянуты в тексте диссертации по мере необходимости Краткий обзор экспериментов по Х-пинчам, включая самые последние работы, сделан в статье [32]

Экспериментальные работы по быстрым г-пинчам начались в Лаборатории проблем новых ускорителей (ЛПНУ) Физического Института им. ПН Лебедева АН СССР в 1979 году В это время в ЛПНУ имелся низкоомный электронный ускоритель «Дон» (300 кВ, 150 кА, 80 не), параметры которого, вообще говоря, были далеки от установки ОатЫе-2 (1 МВ, 1 МА, фронт 100 не) [7], на которой к этому моменту была продемонстрирована возможность получения горячей плазмы при наносекундном взрыве металлических проводников и были зарегистрированы рентгеновские спектры многозарядньх ионов вплоть до Аи+з2 [33] Представлялось заманчивым попробовать получить аналогичные результаты при существенно более скромном уровне генератора, сохранив, однако, удельные параметры эксперимента Такие эксперименты по взрывающимся проволочкам на ускорителе «Дон» были поставлены, и в них также была получена высокотемпературная плазма

В ходе экспериментов с взрывающимся проволочками и другими типами нагрузок на установке «Дон» была предложена нецилиндрическая конфигурация нагрузки, наиболее простым способом реализации которой показалось простое перекрещивание проводников в диоде Именно этой конфигурации авторами было дано очевидное название Х-пинч [1] Наиболее очевидным преимуществом X пинча является жесткая привязка области образования горячей плазмы к перекрестию проволочек (Рис 1)

Для проведения экспериментов по быстрому 7-пинчу и, главным образом, для исследований X пинча в ЛПНУ ФИАН была построена специализированная установка БИН (Быстрый Импульсный Накопитель) с параметрами, обеспечивающими лучшее согласование с плазменной нагрузкой, и предназначенная для работы в токовом режиме, т е режиме близком к короткому замыканию (270 кА, 200 не) Для этого она была сделана с возможно низким импедансом формирующей линии (X = 1 Ом) и вакуумной камерой, позволяющей вести специфические плазменные эксперименты В ходе работ установка подверглась ряду серьезных модификаций, что существенно повысило надежность ее работы

Исходная

Создание Формирование Образование

проволочка плазменного перетяжек канала

Анод

Взрывающаяся проволочка

Катод

Ток

горячих точек

Рентгеновское излучение

Анод

Х-пинч

Рентгеновское излучение

Катод

Рис 1 Схема, иллюстрирующая особенность Х-пинча В отличие от взрывающейся проволочки (а) в Х-пинче образуется одна перетяжка и одна область с высокотемпературной плазмой, излучающей рентгеновское излучение (б)

Независимо от наших работ, несколько позже, к концепции Х-пинча пришли сотрудники Лаборатории плазменных исследований в Корнельском университете в США под руководством ДАХаммера (D A Hammer) [34-36] Результаты исследований пересекались во многих аспектах, поэтому образование коллаборации по исследованию Х-пинча было вполне естественным [37], и весьма значительное количество работ было выполнено в рамках этой коллаборации на установке ХР Корнельского университета (470кА, 100нс)

В первой главе диссертации рассмотрены конфигурации Х-пинчей, схемы и параметры экспериментальных установок, на которых проводились исследования, а также представлены основные средства диагностики, включающие в себя электрические, оптические и рентгеновские приборы На Рис 2 в качестве примера показана одна из конфигураций диагностического комплекса установки ХР

Экранированная комна-а

Экранированная стоика

Спектральный канал

ФСПР или ФССД Обскура с высоким разрешением

Быстрая или ? медленная СК Кассета с Фокусирующии кристалл фотопленкой

слюда й = 150 мм или Я = 186 мм

Обскура Обзорный спектрограф или канал радиографии (КР)

Вакуумный

Фильтры в прямом канале

запгвор Медленная СК ■Л 12.5ут

Ве 155|)ш

А| 2 Орт

Бьилрй« СК

А! 8цт-»-

А1 20(лп-

А1 бОдт-"-.И

Т| 12

А1 50рт-»;|!

мгОут-

А1 8ут-

8с

50(ЛТ\

?ис 2. Схема измерений рентгеновского излучения Х-пинча с временным разрешением на установке ХР (ВРД - вакуумный рентгеновский диод, ФПД - алмазные датчики излучения на основе фотопроводимости, СК - стрик-камера, ФСПР - рентгеновский фокусирующий спектрограф с пространственным разрешением, ФССД - рентгеновский фокусирующий спектрограф со скрещенной дисперсией)

Во второй главе рассмотрены основные методы исследования рентгеновского излучения высокотемпературной плазмы, а также принципы и схемы приборов для мягкого рентгеновского диапазона (1 - 26 А) Этот диапазон является наиболее характерным для излучения плазмы с электронной температурой масштаба килоэлектронвольт, то |есть именно той плазмы, исследования которой были предметом настоящей работы Конкретные свойства используемых приборов зависели от постановки эксперимента, но в большинстве случаев реализовывались максимально возможные на текущий момент параметры И каждое улучшение качества аппаратуры позволяло сделать следующий шаг в понимании процессов в X пинче и обнаружить новые, порой неожиданные детали

Многие диагностические методики основаны йа получении изображений в рентгеновском диапазоне спектра, поэтому рассмотрению принципов

построения рентгеновских изображений и основанных на них схем приборов уделяется особое внимание Рассмотрены схемы приборов, основанных на регистрации как собственного излучении исследуемых объектов (пассивные методы исследования плазменных объектов), так и некоторые схемы зондирования объектов рентгеновским излучением (активные методы исследования плазменных объектов) Многие приборы были разработаны в ходе проведенных исследований, обладают высокими параметрами и могут быть использованы для широкого круга исследований высокотемпературной плазмы

В третьей главе представлены результаты исследований структуры X-пинча и основных процессов, происходящих в нем начиная с момента начала импульса тока В первой части главы приведены результаты, полученные на начальных этапах исследований, проведенных в основном на установках Дон и БИН На Рис 3 представлена структура Х-пинча и указаны его основные элементы

сбсхург £>0 5 «В !РЯ 20 мкм)

Рис 3 Структура Х-пинча

Параметры плазмы в различных областях Х-пинча, соответствующие начальному этапу исследований, приведены в Таблице 1 Здесь следует заметить, что численные значения параметров в ряде случаев были получены как результат оценок и не являлись результатом точных измерений, но в целом соответствовали уровню и точности диагностических методик, которые существовали в это время Например, параметры ГТ были получены из рентгеноспектральных исследований интегрально во времени, поэтому было очевидно, что максимальные значения параметров могли быть и выше

Дальнейшее продвижение в понимании процессов, происходящих в X-пинче, потребовало существенного прогресса в развитии диагностических методик в сторону радикального улучшения временного и пространственного

г тс

1П

разрешения, а также проникновения в более плотные области пинча, недоступные оптическому зондированию

Таблица 2 Параметры плазмы основных областей Х-пинча

Область Размер мм Плот ПУСТЬ см"3 Температура ■>в Время ас Диацазои А Энерлш Дж

Остовы проволочек. 0.05-0 2 10* 1 100 _ _

Редкая плазма (змейкд) 1-10 нГ-ю" 10-100 100 10-1000 100-500

Струн 1-3 ю'-ю2" 50-300 50 10-1000 10-100

Плотная плазма 0.1-1 ю^-ю22 100-700 10-30 3-100 10-300

Горячая точка <0.02 >10* >800 <5 1-10 1-10

Электронный лучок 1-2 ю12-ю1Л >5000 2-10 0.1-2 •>

Ионный пучок 1-2 ? ? ? 2

Наиболее продуктивной оказалась рентгеновская радиография по схеме точечного проецирования с использованием в качестве источника Х-пинча Первоначально эта методика создавалась и совершенствовалась для исследований взрыва одиночных проводников и многопроволочных нагрузок В ходе этих исследований была разработана схема параллельных пинчей, в которой удается сформировать практически идеальные источники зондирующего излучения Схема эксперимента, в которой исследовалась динамика X пинча, показана на Рис. 4.

Анодная пластина

Катодный шток

Изображение Х-пинча 1 в излучение Х-линча 2

Секционированный х пинч3 токолровод обратного тока

Изображение Х-линча 2 в излучении Х-линча Т

Изображение Х-пинча 3 а излучении Х-линча 2

Изображение Х-пинча 3 в излучении Х-линча 1

- Рис 4 Рентгеновская радиография Х-пинча с использованием другого Х-пинча или двух Х-пинчей как источников зондирующего излучения, а — расположение Х-пинчей в диоде, б - схема получения изображений

В диодном промежутке помещались два одинаковых Х-пинча (т е пинчи из проволочек одного диаметра и материала) или два разных Х-пинча (т е пинчи из проволочек разных диаметров или материалов) При этом каждый Х-пинч являлся источником зондирующего излучения для получения теневого изображения другого Х-пинча Два последовательных во времени изображения одного пинча можно получить, если поместить его в цепь обратного тока

Результатом использования рентгеновской радиографии для исследования Х-пинча было существенное изменение взгляда на процессы, приводящие, в конечном счете, к образованию горячей плазмы и генерации рентгеновского излучения в Х-пинче На основе уже имевшихся данных и новых данных, полученных в экспериментах, стала понятна последовательность процессов, происходящих в X пинче, начиная с момента старта и кончая полным его развалом

При приходе на нагрузку импульса напряжения происходит быстрый омический нагрев вещества проволочек до состояния с высокой температурой и высоким сопротивлением и переход его в гетерогенное состояние, представляющее собой парожидкостную смесь в виде пены, из которой далее формируются проволочные остовы (керны) проволочек В некоторый момент времени (5 - 15 не от начала импульса тока) происходит электрический пробой десорбированного в результате нагрева проволочек газа или испаренного материала проволочек, возникает плазменная корона, и ток через проволочку резко падает В месте перекрестия проволочек керны объединяются, и все дальнейшие процессы протекают в образовавшейся гетерогенной структуре и определяются взаимодействием керна и плазменной короны с протекающим через нее током Дальнейшие процессы в Х-пинче, связанные с образованием и развитием перетяжки, нагревом плазмы и генерацией рентгеновского излучения, происходят в районе перекрестия с размерами порядка 1-2 мм, что составляет немногим более 10% от обычно используемого диодного промежутка Остальная часть Х-пинча служит главным образом токопроводами, по которым энергия поступает от генератора Именно эта область пинча исследовалась детально с помощью рентгеновской радиографии

Значительную часть времени разряда (около 30-50%) в перекрестии X-пинча формируется перетяжка, по виду весьма похожая своим контуром на классическую перетяжку, которая всегда изучалась в физике пинча Перетяжка видна на радиограммах как особенность на плазменном столбе, медленно

развивающаяся в каверну тороидальной формы (Рис 5) Она выглядит примерно так же, как при ее наблюдении в видимом свете или при лазерном зондировании Анод

I = -19 не

г = -12 не

I = -10 не

г = -6 пэ

Катод

1 мм

2 х 25 мкм Мо X линч

Рис 5 Рентгенограммы Х-пинча (Мо, 2x25 мкм) в фазе формирования перетяжки Время указано относительно момента генерации рентгеновского излучения

На стадии формирования перетяжки, за счет радиального и осевого движения вещества, происходит своеобразная «подгонка» линейной массы перетяжки под действующий ток, вплоть до достижения некоторой границы устойчивости Из-за механизма «подгонки» начальная масса Х-пинча может меняться в очень больших пределах, иногда более чем на порядок, а в результате генерируется практически такой же импульс рентгеновского излучения, только в более поздний момент времени При этом развитие перетяжки является устойчивым процессом, при котором форма перетяжки сохраняется неизменной После достижения границы равновесия процессы в районе перекрестия X-пинча резко ускоряются Устойчивость процесса нарушается, и он приобретает лавинный, нестабильный характер На центральной квазицилиндрической части перетяжки наблюдаются структуры, по форме соответствующие первичной перетяжке, но меньшего размера (см Рис 6)

Анод £=_19нс г=-17нс и

: -1 1 НС

I = -0 6 НС

Катод ■] мм 2 х 17 мкм Мо

Рис б Рентгенограммы Х-пинча (Мо, 2х 17 мкм) в фазе каскадирования перетяжки

Процесс возникновения таких перетяжек можно себе представить как развитие неустойчивости типа т=0 в цилиндрическом 2-пинче, которым фактически является центральная часть первичной перетяжки Так как отношение диаметра перетяжки к ее длине не слишком мало (03 - 0 5), то обычно перетяжек меньшего масштаба возникает „не более двух, что, вообше говоря, соответствует и распределению сил магнитного давления при протекании тока по внутренней поверхности первичной перетяжки. Скорость развития перетяжек не может быть строго одинаковой, поэтому одна из них будет доминировать Эти перетяжки были названы перетяжками второго порядка В дальнейшем процесс повторяется во все меньшем масштабе с воспроизведением перетяжек следующих порядков, то есть происходит его своеобразная фрактализация Это явление никогда ранее не наблюдалось, й не было в явном виде предсказано теорией Мы назвали его каскадированием перетяжки Каждая последующая стадия каскадирования происходит за более короткое время, чем предыдущая стадия Очевидно, что возможно несколько параллельных ветвей каскадирования на разных участках пинча, развивающихся с разной скоростью И действительно, на эксперименте одновременно наблюдаются перетяжки разных порядков Нам удалось зарегистрировать перетяжки вплоть до 5-го порядка включительно, и минимальный видимый диаметр такой перетяжки был около 3 мкм

Максимальные параметры плазмы достигаются при максимальном ее сжатии, то есть в перетяжке по достижении ею минимального размера При этом образуется так называемая «горячая точка», имеющая микронные размеры и излучающая мощный короткий импульс рентгеновского излучения Для определения положения «горячей точки» относительно пинча с микронной точностью была разработана простая методика, основанная на процедуре триангуляции в точечной проекционной радиографии Результаты измерений, полученные в экспериментах с различными Х-пинчами показали, что, если удается зафиксировать момент, близкий во времени к максимальному сжатию, то положение ГТ («горячей точки») всегда практически точно соответствует положению перетяжки минимального диаметра

В момент генерации рентгена, в ГТ происходит быстрое, и хорошо локализованное выделение энергии, и процессы в области перетяжки имеют характер точечного взрыва На изображениях наблюдается осевой и радиальный выброс вещества перетяжки, очень быстро приобретающий характер сферического разлета (см Рис 7), и вызывающий появление ударных волн в

веществе Х-пинча. Взрывная волна и связанное с ней осевое движение вещества могут оказать влияние на процесс линчевания в соседних областях перетяжки и даже полностью его нарушить. Поэтому, горячке точки могут возникать или очень близко во времени, если они расположены рядом, или далеко в пространстве, то есть тогда, когда время распространения взрывной волны .меньше времени достижения максимального сжатия.

Рис.7. Рентгенограммы Х-пинча (Мо, 2х 17 мкм) в фазе радиационного взрыва а обрыва, перетяжки.

Практически немехтенно после генерации импульса рентгена происходит разрыв перетяжки и образование промежутка, плотность вещества, в котором на несколько порядков меньше плотности вещества в перетяжке (Рис. 7). Этот процесс ведет к образованию мини-диода и генерации электронного и ионного пучков.

В заключительных параграфах третьей главы обсуждаются особенности процессов в Х-пинчах из различных материалов, в многопроволочных Х-пинчах и Х-пинчах, установленных в диоде параллельно друг другу.

В четвертой главе обсуждаются результаты исследований пространственной структуры Х-пинча и измерений пространственных параметров горячей точки

Исследования пространственной структуры Х-пинча показали, что центральная часть Х-пинча, находящаяся вблизи перекрестия и излучающая в рентгеновском диапазоне спектра, представляет собой две принципиально разные области плазмы Одна из них (горячая точка) имеет четкую мелкомасштабную структуру и излучает в основном в мягком диапазоне спектра (Е < 10 кэВ), другая же имеет весьма размытые контуры и светится в гораздо более жестком спектре (Е ~ 8 -100 кэВ)

Несмотря на то, что в Х-пинче ГТ хорошо локализована в пространстве, измерение ее реальных параметров оказалось очень непростой задачей Главная проблема заключалась в том, что измеряемый размер излучающей области X-пинча быстро уменьшался с ростом жесткости излучения до примерно 10 кэВ, достигая величин порядка единиц или даже долей микрона. Это стало ясно в ходе экспериментов, когда результаты измерений, по мере совершенствования измерительной аппаратуры, свидетельствовали обо все более тонкой структуре горячей точки. Каждый шаг по улучшению параметров измерительных приборов снова и снова приводил к физическому пределу используемого метода В конечном счете, выяснилось, что для определения размера излучающей области Х-пинча необходим тщательный анализ изображений специальных тест-объектов с учетом волновых свойств рентгеновского излучения

Значительная часть исследований общей структуры Х-пинча в диапазоне энергий фотонов от сотни электронвольт до сотни килоэлектронвольт была выполнена с использованием камер-обскур различных конструкций, соответствующих условиям эксперимента Кроме того, использовались изображающие приборы на основе щелей, пропускающих решеток, Брэгг-Френелевских линз, преломляющих капиллярно-пузырьковых линз (ПКПЛ), то есть использовались практически все известные методы получения рентгеновских изображений, рассмотренные в Главе 2 Каждый из упомянутых приборов имел свои преимущества и недостатки и позволял получить новую информацию о структуре и параметрах Х-пинча Наиболее тонкие детали структуры горячей точки Х-пинча с размерами порядка 1-2 мкм были зарегистрированы с помощью капиллярно-пузырьковой линзы (Рис 8), однако и в этом случае не было уверенности, действительно ли это минимальный размер излучающей области плазмы

б. Увеличение х7 25 В. Г.

Выстрел 4115 Е = 7-9 кэВ

Рис 8 Изображения горячей точки Х-пинча (№Сг, 4x20 мкм), полученное с помощью преломляющей капиллярно-пузырьковой линзы в излучении с энергией фотонов порядка 9 кэВ -

При использования Х-пинча как источника излучения для радиографии по схеме прямого точечного проецирования, было обнаружено, что при определенных условиях реализуемое пространственное разрешение очень хорошо соответствует дифракционному разрешению, находящемуся на уровне единиц микрон А это однозначно свидетельствовало о том, что реальный размер излучающей области Х-пинча может быть очень мал Были поставлены специальные эксперименты, в которых для того, чтобы уменьшить влияние дифракции, специально изготовленный тест-объект был помещен предельно близко к Х-пинчу Объект представлял собой решетку с периодом около 200 мкм из тонких стеклянных нитей и вольфрамовых проволочек того же диаметра, смонтированных на диэлектрическом держателе, который на диэлектрическом же штоке вдвигался в диод. На полученных с большим увеличением изображениях совершенно отчетливо была видна интерференционная картина, являющаяся проявлением когерентных волновых свойств рентгеновского излучения Х-пинча (Рис 9)

7.5 мкм W проволочка 8 мкм стеклянная нить

10 мкм

Координата е плоскости сбьекта

Put:.9. Изображения стеклянной нити и проволочки из W с увеличением xS2 а излучении 2x25 мкм Nb Х-пиича.

I 05-х

Щ

S

t и

7.5 мкм W проволочка Экспер имект

1.5-

Q.S-

S мкм стеклянная нить Эксперимент

yVwiyvA J

Моделирование

Моделирование

-зоо -too о -100 зсо

Копрдннття н ппогкгм -и-"К-.;;',.! [mmj

-SCO .too о too аоо

Кяпг'ЛИинта н ппогчогти детектора :

Рис.10. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных при анализе изображений, показанных на Рис. 9. Приведены распределения интенсивности в плоскости изображения при размере источника 0,9 мкм.

Анализ полученных изображений, проведенный на основе вычислений интегралов Френеля-Кирхгофа с учетом спектрального состава излучения, функций пропускания объекта и распространения волны в пространстве показал что размер источника интегрально во времени не превышает 0,9 мкм Результаты сравнения экспериментальных и расчетных данных показаны на Рис 10

В пятой главе приведены результаты исследований временных характеристик рентгеновского излучения Х-пинча и динамики формирования горячей точки Также как и пространственная структура, временная структура Х-пинча оказалась весьма сложной

Основным средством контроля рентгеновского излучения Х-пинчей служили диоды с фотопроводимостью на основе искусственных алмазов (ФПД ) Несомненными достоинствами этих диодов являются очень высокое временное разрешение, достигающее долей наносекунды, и простая предсказуемая форма кривой спектральной чувствительности К сожалению, эти диоды нечувствительны к излучению с энергией выше 10-20 кэВ, поэтому для регистрации излучения с такими энергиями фотонов использовались диоды других типов, в частности, кремниевые диоды типа АХиУ-Ш5 и АХиУ-Ш1 Для измерений жесткого излучения (Е>25 кэВ) использовался диод из высоколегированного йаАэ Характерные сигналы с рентгеновских датчиков на установках БИН и ХР приведены на Рис 11

4x20 мкм Мо X линч

4x198 мкм Ж X пинч

5юо

®Пд £=2 5*10 коВ

Э»диод Е>8 кэБ

ваАэ диод Е>25кэВ

0 50

Выстрел 040221В1Ы

100 130

Время

Время (не)

Выстрел 3929

Рис 11 Характерные сигналы рентгеновских датчиков на установках БИН (а) и ХР (б)

Наиболее характерными особенностями импульсов рентгеновского излучения, зарегистрированных фотодиодами, были очень короткая

длительность в диапазоне энергий фотонов 2-10 кэВ, уменьшающаяся с ростом энергии до величин, меньших временного разрешения самой современной регистрирующей аппаратуры, и увеличение длительности импульсов, сопровождающееся затяжкой фронта и его задержкой для фотонов с большими энергиями Мягкое излучение ассоциировалось с горячей точкой, а жесткое возникало при взаимодействии электронного пучка, генерируемого при обрыве перетяжки Х-пинча Относительная простота измерений рентгеновских сигналов с помощью фотодатчиков и легкость их абсолютной калибровки, позволили сделать оценки выхода рентгеновского излучения для Х-пинчей различных конфигураций В ряде случаев длительность импульсов могла быть короче, чем величина временного разрешения измерительной системы, поэтому абсолютные значения величин, измеренные в эксперименте могут быть занижены Тем не менее, основные закономерности зависимостей выхода рентгеновского излучения Х-пинча от материала проволочек, их погонной массы и других начальных параметров эксперимента были получены

Следующий этап исследований был связан с переходом на принципиально новую измерительную технику, обладающую гораздо более высоким временным разрешением, а именно на технику разверток электронных изображений с использованием электронно-оптических камер со щелевой разверткой или стрик-камер (по английской транскрипции названия этого устройства)

Время

Рис 12 а - Временная развертка излучения одного из параллельных 2-х проволочных ЧУ (2x13 мкм ) X пинчей. зарегистрированная с помощью быстрой СК при скорости развертки 35 мм/нс, б -денситограммы изображений с разными фильтрами, в - денситограмма изображения с ВО мкм А1 фильтром в излучении одного из пинчей

В ходе экспериментов были решены сложные задачи синхронизации камер с исследуемым процессом, калибровки и коррекции изображений, обработки полученных результатов Были проведены детальные исследования временной структуры импульсов рентгеновского излучения, которая была сопоставлена с пространственной структурой горячей точки Х-пинча, при этом наблюдалась строгая корреляция между этими структурами Были измерены длительности импульсов рентгеновского излучения в разных диапазонах энергий фотонов и установлены основные зависимости параметров импульсов от условий эксперимента Минимальная зарегистрированная длительность импульса составила 10 пс (Рис 12), что находится на пределе временного разрешения использованной в эксперименте стрик-камеры, и с учетом аппаратной функции прибора дает величину, не превышающую 5 - 7 пс

В последней части пятой главы представлены результаты исследования пространственно-временных параметров процессов в перекрестии Х-пинча Используя данные о пространственной структуре центральной области Х-пинча, полученные с помощью радиографии, и результаты временных измерений, выполненные с помощью стрик-камер, удалось оценить некоторые динамические параметры процессов в перетяжке Х-пинча, такие как скорость сжатия и скорость разлета вещества Было экспериментально показано, что нагрев плазмы в перетяжке Х-пинча от температур, когда становится заметным излучение с энергиями фотонов ~2 кэВ (для планковского спектра это 400 эв), до максимальных температур (в данном случае более 1 кэВ), происходит за время порядка 100 пс в пространственной области с размерами, не превышающими в радиальном направлении 10 мкм Скорость разлета вещества после взрыва горячей точки достигает, по крайней мере, 3x107 см/с

В шестой главе представлены результаты исследований спектральных характеристик Х-пинча Основное внимание уделялось исследованиям излучения в рентгеновском диапазоне спектра, так как именно оно ассоциируется с горячей плазмой В работе исследовались спектры атомов и ионов, соответствующие переходам электронов в К-, Ь-, и М-оболочки, когда соответствующие линии попадали в интересующий нас мягкий рентгеновский диапазон (1 - 20 А) Исследовались как интегральные во времени спектры, так и спектры, зарегистрированные с высоким временным разрешением Уже на интегральных спектрах были обнаружены спектральные линии, появление которых определялось различными механизмами, связанными, в свою очередь, с процессами в Х-пинче Например, на Рис 13 приведена спектрограмма

алюминиевого Х-пинча, полученная с пространственным разрешением вдоль оси диода На ней одновременно видны линии оптических переходов (А1 XI - А1 XII), линии внутриоболочечных переходов, возбуждаемых электронным пучком, так называемые сателлиты (А1 ПУ-А1 X), и рекомбинационные линии ионного пучка А1XIII

1, мм,

51-

Анод

Катод

II порядок

III порядок

Я адхп г=о5мм I

II порядок А1Х1 А1Х У]ХА1\'Ш

/

У

V

2=0

А1XIII (III порядок)

3 у| ' П~7р

Аи

г=-0.5 игл

Рис 13 К-спектр 2-х проволочного (2x35 мкм) А1 Х-пинча полученный с помощью фокусирующего спектрографа с пространственным разрешением (ФСПР) на установке БИН

Важной особенностью спектров Х-пинча оказалось наличие интенсивного континуума, имеющего максимум в диапазоне длин волн 1 - 3 А, и излучаемого из очень маленькой области плазмы в районе перекрестия Как показали последующие исследования, это излучение соответствует максимально сжатой области плазмы Отличительной особенностью практически всех спектров X-пинчей является существенно большая, по сравнению, например, с лазерной плазмой, ширина спектральных линий, достигающая величин порядка нескольких тысячных длины волны (Ал/л~(2-3)х10"3) Исследования показали, наиболее существенным является эффект Доплера, и ширина линий соответствует энергии ионов в несколько десятков кэВ Такие ионные температуры вряд ли могут достигаться в плазме Теория предсказывает существенно меньшие значения ионной температуры (<10 кэВ) В то же время,

такая энергия ионов вполне соответствует скоростям макроскопического коллективного движения плазмы в процессе образования горячих точек

Интегральные во времени спектральные исследования дали важную информацию об Х-пинче, однако, более полная информация о процессах формирования плазмы и ее истинных параметрах могла быть получена только в исследованиях спектров с очень хорошим временным разрешением В экспериментах была использована бесщелевая светосильная схема со стрик-камерой на основе сферически изогнутого кристалла, предложенная автором (Рис 2). Примеры зарегистрированных спектров показаны на Рис 14

"П 38 мкм

А1 38 мкм

Рис 14. Примеры изображений временных разверток спектров Х-пинчей, полученные с помощью стрик-камеры

Рентгеновское излучение Х-пинча начинается, как правило, с континуума, а спектральные линии многозарядных ионов появляются с некоторой задержкой (10 - 50 пс), что говорит о том, что первоначально происходит нагрев очень плотного вещества Особенно четко это наблюдается в излучении достаточно тяжелых элементов, например молибдена Более того, иногда за излучением континуума следует короткий провал (Рис. 15) Природа этого явления в настоящее время не является ясной, но оно может свидетельствовать о том, что области плазмы, излучающие континуум и спектральные линии, имеют разную пространственную локализацию

>\| к= 4.625-4.635А

I Ч

Ч

у

Мо XXXIII С-1)пе

к= 4.60-4.61 А ^.^^Соп^пиит

>.= 4.30-4 80А Ч^Ауегадес! 15 рГ~-----

100 200 300 Выстрел 3021

100 200 1,пс

300

Рис 15 а - Временная развертка спектра 4-х проволочного (4x25 мкм) Мо Х-пинча, в -денситограммы спектра во временном направлении (обозначена С-линия Ые-подобного иона Мо XXXIII)

В специально поставленных экспериментах было доказано, что излучение горячей точки имеет чисто тепловой характер, а излучение, так или иначе связанное с электронным пучком, появляется позже на несколько сотен пикосекунд, что согласуется с представлениями об общем ходе процессов в X-пинче

В седьмой главе диссертации представлены результаты определения параметров плазмы в горячей точке Х-пинча с использованием рентгеноспектральных методик и их сравнение с величинами, полученными при моделировании процессов в Х-пинчах Разрешенные во времени спектры позволяют значительно более адекватно использовать эти методики Вместе с тем, необходимо учитывать, что сама техника регистрации таких спектров вносит дополнительные искажения в получаемую информацию, порой весьма значительные Поэтому, среди спектроскопических методов измерения следует выбирать наиболее простые и надежные, к тому же, не связанные с абсолютными измерениями Большинство существующих методик основаны на сравнении экспериментально полученных спектров со спектрами, смоделированными при определенном наборе предположений о характере и параметрах плазмы Собственно проведение таких расчетов не являлось предметом настоящей работы, и моделирование спектров осуществлялось нашими соавторами из других лабораторий В некоторых случаях спектры рассчитывались нами по программе РпгтБРЕСТ

Наиболее хорошо разработаны методы диагностики плазмы по К-спектрам с использованием квазистационарной модели радпационно-столкновительной кинетики (КРСК-модель), что объясняется их относительной простотой, и достигнутой в настоящее время точностью расчетов атомных констант. Таким образом, определена электронная плотность плазмы на уровне 10"" см ' и электронная температура 2,5 кэВ в горячей точке титанового Х-пннча. Была также предложена новая методика определения плазменных параметров, основанная на измерениях относительных времен появления спектральных линий разных ионов одного элемента (теоретические аспекты методики были разработаны И.Ю.Скобелевым).

Параметры плазмы в горячих точках молибденовых Х-пинчей определялись по аналогичной методике, основанной на сопоставлении теоретически рассчитанного спектра Ке-подобного МоХШ с экспериментальным спектром (Рис. 16).

1.22 кэб 430 лс

4* I о' см ' к 7 1

ЗА ;Ц

д Д А- Г* л)\ А 1

1 1.10 кэВ ч- 11 0 лс

411 См ' , / J\J^rJц

1„- 50 пс

Длина эолни (А)

4.Ё 1.3

Длина еолни (а;

Рис.16. Временная развертка спектров параллельных 2-х проволочных (2x17 мкм) Мо Х-шшчеЙ, денситограммы экспериментальных спектров (зеленые линии) и огибающие спектров, рассчитанных при параметрах плазмы, указанных на рисунке, в различные моменты времени (начальный момент з реме ни Со указан на изображении развертки). Моделирование спектров выполнено С.Хансен и А.¡Литиевой

На основе полученных результатов также была сделана оценка размеров излучающей области плазмы. Зная из других измерений общую излученную энергию (типичное ее значение 100 мДж в диапазоне Е>1.5 кэВ). можно определить необходимое для этого кодичестзо ионов в каждой вспышке,

проинтегрировав по времени мощность излучения, рассчитанную для каждого момента импульса Количество ионов в первой вспышке должно быть порядка 1012 Ионная плотность может быть вычислена из плотности электронов и среднего заряда плазмы и далее использована для определения размера излучающей области Сделанная таким образом оценка дает величину порядка 10 мкм в течение первого импульса излучения, которая неплохо согласуется с радиографическими измерениями Скорость расширения плазмы, оцененная по уширению спектральных линией составляет 100 мкм/нс

В целом, параметры плазмы (особенно электронная плотность), измеренные по Ь-спектрам Мо, оказались ниже, чем параметры, измеренные по К-спектрам Это, по-видимому, соответствует реальности, так как спектральные линии Ке-подобного Мо появляются после вспышки континуума, когда плазма уже несколько расширилась Если принять во внимание скорость разлета плазмы и ее размер, то можно предположить, что плотность плазмы в момент максимального сжатия на 1 - 3 порядка больше и может достигать величин 1024 -1025 см"3

Если суммировать полученные к настоящему времени результаты исследований структуры Х-пинча и измерений параметров плазмы в горячей точке X пинча, то можно констатировать, что до сих пор в ряде случаев измерения ограничены возможностями экспериментальной аппаратуры Представляется интересным сравнить параметры плазмы, измеренные в эксперименте с величинами, предсказанными теорией Результаты сопоставления экспериментальных данных и параметров плазмы, предсказанные теорией, приведены в Таблице 2

Таблица 2 Предельные параметры горячей точки Х-пинча (Теоретические предсказания взяты из работ, выполненных Г В Иваненковым и В Степневским)

Параметр Теоретическое предсказание Экспериментальные результаты

Мо Т1

Дг 0 5 мкм 0 8 мкм 10 мкм

Д1 2 пс 10 пс 15 пс

те 1 7кэВ 1 2кэВ 2 5 кэВ

т, 8 кэВ 10 кэВ 10 кэВ

тгай 800 эВ 800 эВ

пе 2 5х1025см"3 гхю^см"3 Зх1023см3

Работы по численному моделированию Х-пинча начались параллельно с его экспериментальными исследованиями Развитие этих работ определялось не только усилиями теоретиков, но и прогрессом в области вычислительной техники Улучшение параметров ЭВМ немедленно использовалось для учета большего числа процессов и усложнения вычислений Довольно долго моделирование шло вслед эксперименту, и лишь в самое последнее время появились данные, которые могут быть использованы для оценок предельных параметров Х-пинча

В Заключении перечислены основные результаты проведенных исследований

1 Предложен и экспериментально реализован новый источник высокотемпературной плазмы с контролируемыми экстремальными параметрами, названный Х-динчем, причем само это название стало общепризнанным научным термином

2 Создан комплекс измерительной аппаратуры с предельными параметрами, включающий в себя приборы, предложенные и разработанные автором

а Оптический многокадровый регистратор на основе однокаскадных ЭОПов,

б Сдвиговый интерферометр на основе призменного делителя пучка, в Камера-обскура высокого разрешения (5 мкм) для жесткого теплового рентгеновского излучения (Е > 2 кэВ),

г Щелевая камера со ступенчатым фильтром,

д Рентгеновский фокусирующий спектрограф с пространственным разрешением на основе прямоугольного кристалла слюды изогнутого по сферической поверхности малого радиуса (К = 100-250 мм);

е Светосильный рентгеновский спектрограф с пространственным разрешением на основе цилиндрически изогнутого кристалла с нанесенной на его поверхность линейной френелевской линзой,

ж Рентгеновский спектрограф со скрещенной дисперсией,

3 Рентгеновский спектрограф для жесткого излучения по схеме Лауэ для получения двумерных изображений плазменных объектов в спектральных линиях

3 Разработаны новые диагностические схемы и методы, использованные для исследований Х-пинча, но имеющие и другие области применения

а Схема исследования динамики образования перетяжки и определения положения горячей точки Х-пинча на основе рентгеновской радиографии,

б Схема исследования с пикосекундным временным разрешением динамики излучающей области X пинча в зависимости от жесткости излучения на основе временных разверток с помощью стрик-камеры теневых изображений полупрозрачных объектов с большим увеличением,

в Бесщелевая схема регистрации рентгеновских спектров с пикосекундным временным разрешением на основе стрик-камеры и сферически изогнутого кристалла,

г Метод измерения электронной температуры плазмы, основанный на исследовании динамики возбуждения К- и Ь- спектров многозарядных ионов,

е. Метод измерения размеров горячей точки с субмикронным пространственным разрешением, основанный на анализе структуры изображений тест-объектов, связанной с волновыми свойствами рентгеновского излучения,

ж Метод монохроматического рентгеновского зондирования ярких плазменных объектов

3 Проведены всесторонние комплексные исследования структуры и динамики X пинча и процессов формирования горячей точки Предложен обобщенный сценарий процессов в Х-пинче

4 Измерены параметры горячей точки с пикосекундным временным разрешением и субмикронным пространственным разрешением

5 Обнаружены новые физические явления в Х- пинчах

а Образование в начальной фазе Х-пинча при взрыве проволочек стабильных плотных кернов с резкими границами и гетерогенной (паро-капельной или губчатой) структурой и их объединение в перекрестии,

6 Каскадирование или фрактальность перетяжки Х-пинча, представляющее собой процесс последовательного воспроизведения во все более малом масштабе пространственной структуры перетяжки в процессе сжатия, что, в конечном счете, приводит к образованию горячей и плотной плазмы субмикронных размеров с пикосекундным временем существования,

в Сложная пространственная структура излучающей области Х-пинча, состоящей из собственно горячей точки, имеющей в свою очередь сложную пространственную структуру, и плазмы, возбуждаемой электронным пучком,

г Сложная временная структура горячей точки, в которой выделяются две совершенно различные по параметрам стадии На первой стадии плазма горячей

точки имеет умеренную температуру (< 1 кэв) и экстремально высокую плотность, превышающую плотность твердого тела Спектр излучения горячей, точки близок к планковскому На второй стадии плотность плазмы существенно ниже, а температура может превышать 2 5 кэВ В этой стадии наблюдается интенсивное линейчатое излучение многозарядных ионов. Таким образом, само понятие горячей точки потребовало существенного пересмотра,

д Радиационный взрыв горячей точки, непосредственное наблюдение которого в эксперименте можно интерпретировать как подтверждение существования «радиационного коллапса»

6. Показано, что излучение горячей точки имеет тепловой характер и связано с нагревом вещества при его сжатии магнитным полем и не связано с генерацией электронных пучков и их взаимодействием с плазмой

7 Показано, что, по крайней мере, до пространственных масштабов 0 5-1 мкм и временных масштабов 3 - 5 пс, явления в перетяжке X пинча неплохо описываются современными радиационными МГД моделями

8 Постоянное сопоставление экспериментально полученных данных с результатами теоретических расчетов позволило существенным образом продвинуть развитие МГД моделей и программ их описывающих.

Цитируемая литература

1 С.М Захаров, Г В Иваненков, А А.Коломенский, С А ,Пикуз, А И Самохин, И Улшмид, "Проволочный Х-пинч в сильноточном диоде", Письма в ЖТФ, 8(9), 1060-1063, 1982.

2 Г В Месяц, "Импульсная энергетика и электроника", Наука, Москва,

2004

3 "Exploding Wires", Ed W G.Chase and H K.Moore, Plenum Press, New York, 1959, "Взрывающиеся проволочки", ИЛ, 1963

4 "Exploding Wires (Vol 2)", Ed W G.Chase and H К Moore, Plenum Press, New York, 1961; "Электрический взрыв проводников", Изд. «Мир», 1965

5 WH Bennett, "Magnetically self-focusing streams", Phys Rev 45, 890 (1934)

6 Л А.Арцымович, «Управляемые термоядерные реакции», Гос Изд Физ -мат литературы, Москва, 1961

7 D Mosher, S J Stephanakis, IM Vitkovitsky, С M Dozier, L S Levino, D J Nagel, "X-radiation from High-Energy_density Exploded-Wire Discharge", Appl Phys Lett 23, 429, 1973

8. СМ Захарбв, А А Коломенский, С А Пикуз, В М Романова, А И Самохин, "Возбуждение рентгеновских спектров многозарядных ионов при взрыве проволочки в диоде сильноточного электронного ускорителя "Дон", Письма в ЖТФ, т 6(20), 1223-1226 1980

9 Р Burkhalter, J Davis, J Rauch, W Clark, G Dahlbacka, M Wilkinson, "X-Ray Line Spectra from Exploded-Wire Arrays", J Appl Phys , 50 (2), 705 - 711, 1979

10 CM Захаров, Г В.Иваненков, А А Коломенский, С А Пикуз, А И Самохин, "Исследование плазмы взрывающихся многопроволочных нагрузок в диоде сильноточного ускорителя" Физика плазмы, т 13(2), 206215,1987

11 И К Айвазов, М Б Бехтев, В В Булан, «Сжатие многопроволочных лайнеров на многомодульном комплексе «Ангара-5-1»», Физика плазмы, 16(6), 645 - 654, 1990

12 J L Porter, RB,Spielman, MF Vargas, MKMatzen, Review of Scientific Instruments, "Development of a sodium z-pinch load for use on the Saturn accelerator", 63(12), 5703 - 5709, 1992

13 R В Spielman, FLong, TH Martin, JWPoukey,DB Seidel, WShoup, WAStygar, D H McDaniel, MAMostrom, KWStruve, P Corcoran, I. Smith, P Spence, "PBFAII-Z A 20-MA driver for Z-pincfa experiments" Digest of Technical Papers Tenth IEEE International Pulsed Power Conference (Cat No 95CH35833), pt 1, vol 1,396-404, 1995

14 P J Burkhalter, J Shiloh, A Fisher, R D Cowan, "X-Ray Spectra from a GasPuff Z-Pmch Device", J Appl Phys , 5(7), 4532 - 4540, 1979

15 А Бартник, Г В Иваненков, JT Карпински, С А Пикуз, Т А Шелковенко, "Сжатие полых газовых оболочек в микросекундном генераторе рентгеновского излучения", Квантовая электроника, 20(11), 1121- 1126, 1993

16 СМ Захаров, Г В Иваненков, А А Коломенский, С А Пикуз, А И Самохин, "ПинЧевание плазмы лазерного факела в диоде сильноточного ускорителя", Физика плазмы, 10(3), 522 - 528, 1984

17 S V Lebedev, S N Bland, F N Beg, J P Cittenden, A E Dangor, M G Haines, S A Pikuz, T A Shelkovenko "Effect of core-corona plasma structure on seeding of instabilities m wire aitay Z pinches", Phys Rev Lett 85 (1), p 98-101,2000

18 D В Sinars, G R Bennett, D F Wenger, M E Cuneo, D L Hanson, J L Porter, R J Adams, P К Rambo, D С Rovang, IС Smith, "Monochromatic x-ray imaging experiments on the Sandia National Laboratones Z facility (invited)", Review of Scientific Instruments, 75(10), 3672 - 3677, 2004

19 С.М Захаров, А А Коломенский, С А Пикуз, А И Самохин, «Генерация мягкого рентгеновсеого излучения в сильноточном капиллярном разряде» Письма в ЖТФ, 6(18), 1135-1139, 1980

20 JJRocca, DCBeethe, М С Marconi,"Proposal for soft-X-ray and XUV lasers m capillary discharges", Optics Letters, 13(7), 565-572, 1988

21 ПВ А Бурцев, В А Грибков, T И.Филиппова, «Высокотемпературные пинчевые образования», Сб Итоги науки и техники, Серия физика плазмы, т 2 80— 137, М , 1981

22 JAbdallah Jr, REНClark, AYFaenov, LKarpinski, SAPikuz, V M Romanova, M Sadowski, M Scholz, and A Szydlowski, «Electron beam effects on the spectroscopy of multiply charged ions in plasma focus experiments», Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 62, 85 - 96, 1999

23 U Feldman, M Swartz, L Cohen, Rev Sci Instr, 38(10), 1372 - 1373, 1967

24 E Д Короп, Б Э Мейерович, Ю В Сидельников, С Т Сухорукое, «Микропинч в сильноточном диоде», УФН, 129(1), 87- 112, 1979

25 Е V Aglitsky, Р S Antsiferov, А М.Рашп, "X-Ray Spectro of He-like Ions of Ga and Ge, Excited in the low-Inductance Spark Plasma", Optics Communications, 50(1), 16-18,1984

26 KNKoshelev and N.RPereira, "Plasma points and radiative collapse m vacuum sparks", J Appl Phys 69,R21, 1991

27 R.B Spielman, С Deeney, G A Chandlei;, M R Douglas, D L Fehl, M К Matzen et al, "Tungsten wire-array Z-pinch experiments at 200 TW and 2 MP', Physics of Plasmas, 5(5), p 2105-2116, 1998

28 S V Zakharov, VPSmimov, VYaTsarfm, "High Intensity Soft X-Ray Source with Imploding Liner Cascade for Inertial Confinement Fusion Proc Of 14th Int Conf On PI Phys AndContr Nuc Fus Res 1992, Wurzburg, IAEA, Viena, v 3, 481 (I AEA-CN-5 6/G-3 -9), 1993

29 SAPikuz, T A Shelkovenko, J В Greenly, YSDimant, DA Hammer, "Multiphase foamlike structure of explodmg wire cores", Phys Rev Lett 83 (11), 4313-4316, 1999 ■

30. VI Oreshkin, R В Baksht, N A Ratakhm, A.Ya Labetsky, A G Rousskukh, A V Shishlov, К V Khishchenko, P R Levashov, IV Glazynn, 11 Beilis, "The thermal resistivities on electrical explosion of metal wires", DZP2006, AIP Conf Proc 808, 103-106, 2006

31 A E Тер-Оганесьян, С И Ткаченко, В М Романова, А Р Мингалеев, Т А Шелковенко, С А Пикуз, «Наносекундный электрический взрыв

вольфрамовых проволочек в различных средах», Физика Плазмы, 31(11), 989 -996, 2005

32 Т A Shelkovenko, S A Pikuz, J D Douglass, R D McBnde, J В Greenly, D A Hammer," Multiwire X Pinches at 1 MA current on the COBRA Pulsed Power Generator", IEEE Transactions on Plasma Science, 34(5), 2336-2341, 2006

33 P G Burkhalter, С M Dozier, D J Nagel, "X-ray spectra from exploded-wire plasmas", Phys Rev A15(2), 700 - 717,1977

34 NQv DA Hammer, D H Kalantar, G.D Rondeau, J В Workman, M С Richardson, Hong Chen, "X-ray source characterization of aluminium X-pmch plasmas driven by the 0 5 TW Lion accelerator", AIP Conference Proceedings, 195, 71-79, 1989

35 DH Kalantar, DA Hammer, KCMittal et al, "K-shell x-ray yield for aluminum x-pmch plasmas", J Appl Phys , vol 73, pp 8134-8138,1991

36 N.Qi2 D A Hammer, DH Kalantar, GD Rondeau, R.C Mittal, "Characterization of X-pmch plasma", Review of Scientific Instruments, 61(10), 2815 -2819, 1990

37 S A Pikuz, D A Hammer, D A Kalantar, A Ya Faenov, I Yu Skobelev, "Observation of a Mg XI forbidden satellite line m optically thick X-pmch plasma", Physical Review A, Vol 49, No 5, p 3450-3452,1994

Основные результаты диссертации опубликованы в работах (*-издания, рекомендованные ВАК в 2006 г для публикации результатов докторских диссертаций)

1* СМ Захаров, Г В Иваненков, А А Коломенский, СА,Пикуз, А И Самохин, И Улшмид, "Проволочный Х-пинч в сильноточном диоде", Письма в ЖТФ, 8(9), 1060-1063, 1982

2 G V Ivanenkov, A A Kolomensky, S.A Pikuz, AI Samokhm, and S M Zakharov, "Z-pmch m a high-current diode", Proc Of the Fourth Int Workshop on Plasma Focus and Z-Pmch Research, Warsaw, Poland, p 160-163, 1986

3* CM Захаров, Г В Иваненков, А А Коломенский, САПикуз, А И Самохин, "Исследование плазмы взрывающихся многопроволочных нагрузок в диоде сильноточного ускорителя" Физика плазмы, т 13(2), 206215,1987

4* А Бартник, Г В Иваненков, JI Карпински, С А Пикуз, 1 А Шелковенко, "Исследование горячей плазмы при электрическом взрыве стеклянных нитей" Физика плазмы, 16(12), 1482-1490,1990

5* БАБрюнеткин, Г В Иваненков, САПикуз, АЯФаенов, Т А Шелковенко, "Получение монохроматических изображений плазмы быстрого Z-пинча с помощью сферически изогнутого кристалла слюды", Письма в ЖТФ, т 17(19), 24-28, 1991

6* Б А Брюнеткин, Г В Иваненков, С А Пикуз, В Г Роман, И Ю Скобелев, А Я Фаенов, Т.А Шелковенко, "Использование прозрачной дифракционной решетки для спектроскопии плазмы быстрого Z-пинча", Письма в ЖТФ, 17(19), 16-20, 1991

7 Г В Иваненков, А.Р Мингалеев, С А.Пикуз, В М Романова, В Степневски, Т А.Шелковенко, К Ях, "Развитие перетяжек в плазме взрывающихся проволочек" Краткие сообщения по физике, N 11-12 , 16-20, 1992

8* Ю А Агафонов, Б А.Брюнеткин, 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 Z-пинча с помощью линейной брэгг-френелевской линзы", Письма в ЖТФ , т 18(16), 56-59,1992

9 В A Bryunetkm, S A Pikuz, I Yu Skobelev, A Ya Faenov, "Imaging spectroscopy of high-temperature plasma sources", Laser and Particle Beams, 10(4), 849-860,1992

10* ВЛКанцырев, АР Мингалеев, ОГПетрухин, САПикуз, В М Романова, Т А Шелковенко, А С Шляпцева, А Я Фаенов, "Исследование характеристик рентгеновского излучения высокотемпературной плазмы с помощью стеклянно-капиллярных конверторов" Квантовая электроника, 20(12) 1181-1184, 1993.

11* АР Мингалеев, Дж Нильсен, С А.Пикуз, В М Романова, АЯФаенов, Т А Шелковенко, Ш А Эрматов, "Спектры многозарядных ионов никеля и меди в плазме Х-пинча", Квантовая Электроника, 20(5), 461-470, 1993

12* С А Пикуз, Б А Брюнеткин, 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, 20(3), 237-243, 1993

13* Ю А Агафонов, Б А.Брюнеткин, А.И Ерко, А Р Мингалеев, С А Пикуз, В М Романова, И Ю Скобелев, А Я Фаенов, Т А Шелковенко, "Изображающая спектроскопия микроплазменных объектов с помощью кристалла слюды с поверхностной структурой зонной пластинки", Квантовая Электроника, 20(2) 201-203, 1993

14 S A Pikuz, В A Bryunetkm, GV Ivanenkov, AR Mmgaleev et al, "Radiative properties of hot dense X-pmch," J Quant Spect Rad Transf,vol 51, pp 291-302,1994

15* А Бартник, Г В Иваненков, JI Карпински, А Р Мингалеев, С А Пикуз, В М Романова, В Степневски, Т А Шелковенко, К Ях, "Динамика плазмы взрывающихся металлических проволочек и диэлектрических нитей" Квантовая электроника, 21(2), 181-185,1994

16 В A Bryunetkm, A Y Faenov, G V Ivanenkov, S Y Khakhalin, A R Mmgaleev, S A Pikuz, V M Romanova, T A Shelkovenko, and I Y Skobelev, «X-pmch in high-current diode», DZP1993, AIP Conference Proceedings 299, p 587 -595,1994

17* S A Pikuz, DA Hammer, DAKaiantar, A Ya Faenov, I Yu Skobelev, "Observation of a Mg XI forbidden satellite line m optically thick X-pmch plasma", Physical Review A, Vol 49, No 5, p 3450-3452, 1994

18 A Ya Faenov, S A Pikuz, AlErko, В A Bryunetkm, VMDyakin, G V Ivanenkov, A R Mmgaleev, T A Pikuz, V M Romanova, T A Shelkovenko, "High-performance X-ray spectroscopic devices for the plasma microsources investigations" Physica Scnpta, Vol 50, 333-338, 1994

19 S A Pikuz, AlErko, and AY Faenov, «Imaging X-ray spectroscopy in Z-pmch experiments», DZP1993, AIP Conference Proceedings 299, p 544 -551,1994

20 A Ya Faenov, D A Hammer, J Nilsen, A Osterheld, S A Pikuz, T A Pikuz, V M Romanova, T A Shelkovenko, I.Yu Skobelev, "Transitions from Na-hke and Mg-like Autoionizmg Levels of Multicharged Molybdenium Ions in an X-pmch Plasma", Physica Scnpta, Vol 51,454-458, 1995

21 * Г В Иваненков, A.P Мингалеев, T А Новикова, С А Пикуз, В М Романова, Т А Шелковенко, "Влияние состояния поверхности металла на электрический взрыв тонких проволочек", ЖТФ, т 65, вып 4, с 40-45,1995

22* А И Магунов, И Ю Скобелев, А Я Фаенов, С А Пикуз, В М Романова, Т А Шелковенко, "Исследование формирования линейчатого рентгеновского эмиссионного спектра сверхплотной плазмы Х-пинча", ЖЭТФ, т 108, вып 5, с 1625-1633, 1995

23 S A Pikuz, V М Romanova, Т A Shelkovenko, D A Hammer, A Ya Faenov "Spectroscopic investigations of the short wavelength X-ray spectra from X-pinch plamas", Physica Scnpta, Vol 51,517-521, 1995

24 A I Erko, L A Panchenko, S A Pikuz, A R Mmgaleev, V M Romanova, T A Shelkovenko, A Ya Faenov, В A.Bryunetkin, ТА Pikuz, I Yu Skobelev,

"Microplasma object imaging spectroscopy by using zone plate surface structure on mica crystal", Rev Sex Instr, 66 (2), 1047-1049, 1995

25* С А Пикуз, В M Романова, Т А Шелковенко, Т А Пикуз, А Я Фаенов, Е Ферстер, Дж Вольф, О Верхам, "Использование высоких порядков отражения от кристаллов слюды для рентгеноспектральных исследований в диапазоне длин волн 0 1-03 нм", Квантовая электроника, 22(1), 21-24, 1995

26* С А Пикуз, Т А.Шелковенко, ДАХаммер, АЛ.Фаенов, ТА.Пикуз, В А Дякин, В М Романова, "Монохроматическое рентгеновское зондирование сверхплотной плазмы", Письма в ЖЭТФ, т 61, вып 8, с 621-626, 1995

27* И.Ю Скобелев, А Я Фаенов, БАБрюнеткин, В А Дякин, ТА Пикуз, С А Пикуз, Т А Шелковенко, В М Романова, А Р Мингалеев, "Исследование радиационных свойств плазменных объектов методами рентгеновской изображающей спектроскопии", ЖЭТФ, т 108, вып 4(10), с 1263-1308, 1995

28* Г В Иваненков, А Р Мингалеев, С А Пикуз, В М Романова, Т А Шелковенко, "Экспериментальное изучение динамики Х-пинча", Физика плазмы, т 22, вып 5,403-418, 1996

29 J Abdallah, Jr, A Ya Faenov, D Hammer, S A Pikuz, G Csanak, R E H Clark, "Electron beam effects on the spectroscopy of satellite lines m aluminum X-pmch experiments" Physica Scnpta, 53, p 705-711 1996

30 S A Pikuz, T A Shelkovenko, V M Romanova, G S Sarkisov, D A Hammer, D F Acton, "Studies of X-pinch plasma fine structure using high resolition optical and imaging spectroscopy methods", DZP1997 AIP Conference Proceedings 409, p 429 -436,1997

31 * С А Пикуз, T А Шелковенко, В M Романова, Дж Абдаллах, К Ксанах, Р Кларк, А Я Фаенов, И Ю Скобелев, Д Хаммер, "Влияние электронного пучка, генерируемого в плазме Х-пинча, на структуру К-спектра многозарядных ионов", ЖЭТФ, т 112, вып 3, стр. 894-909,1997

32 S.A Pikuz, Т A Shelkovenko, D A.Hammer, D F Acton, "Monochromatic x-ray backlighting for application to PBFA-Z", DZP1997 AIP Conference Proceedings 409, p 523 -526, 1997

33 S A Pikuz, T A Shelkovenko, VM Romanova, DA Hammer, AY Faenov, VADyakin, and ТА Pikuz, «High-luminosity monochromatic X-ray backlighting usmg an incoherent plasma source to study extremely dense plasmas Review of Scientific Instruments», 68 (1), 740 - 744, 1997

34* Г В Иваненков, A P Мингалеев, С А Пикуз, В М Романова, В Степневски, Д А Хаммер, Т А.Шелковенко, "Динамика плазмы взрывающихся

тонких проволочек с холодным плотным керном", ЖЭТФ, 114, вып 4, стр. 12161229,1998

35* S A.Pikuz, Т A Shelkovenko, JB.Greenly, YSDimant, DA.Hammer, "Multiphase foamlike structure of exploding wire cores", Phys. Rev Lett. 83 (11), 4313-4316,1999

36* T A Shelkovenko, S A Pikuz, D. A Hammer, Y, S. Dimant and A R. Mingaleev, "Evolution of the structure of the dense plasma near the cross point in exploding wire X pinches," Phys. Plasmas, vol. 6, pp 2840-2846, 1999

37* С А.Пикуз, Г В Иваненков, Т.А.Шелковенко, Д А Хаммер, «О фазовом состоянии вещества керна в мощном разряде через проволочки», Письма в ЖЭТФ, 69 (5), 349-354,1999

38* Г В.Иваненков, С А Пикуз, Т А Шелковенко, Дж Гринли, Д Б Синарс, ДА Хаммер, "Образование,каскадное развитие и разрыв перетяжки Х-пинча", ЖЭТФ, 118, 539-549, 2000

39* Г В Иваненков, С.А Пикуз, Д Б Синарс, В Степневски, Д А. Хаммер, Т А Шелковенко, «Микровзрыв горячей точки в перетяжке Х-пинча», Физика плазмы, 26 (10), 927 - 933,2000

40* Т A Shelkovenko, D В Sinars, S A Pikuz and D A Hammer, "Radiographic and spectroscopic studies of X pinch plasma implosion dynamics and x-ray burst emission characteristics," Phys. Plasma, vol 8, pp 1305-1318, 2001

41 S.APikus, T A.Shelkovenko, VMRomanova, D В Sinars, D.A.Hammer, S N.Bland, S V Lebedev, " X pinch as a source for x-ray radiography", Nukleomka, 46(1), 21-25, (2001)

42. S A Pikuz, T A Shelkovenko, D.B.Sinars, DA.Hammer, SV Lebedev, S N Bland, I Yu Skobelev, J A Abdallah, С J Fontes, H L Zhang, "Spatial, temporal and spectral characteristics of an X pinch", J Quant.Spectr.RadiatTransf, 71, p 581594, 2001

43 DB.Smars, S A Pikuz, T A Shelkovenko, KM Chandler, DA. Hammer "Temporal parameters of the X-pmch x-ray source", Rev Sci Inst, 72 (7), p 29482956, 2001

44 S A Pikuz, V M Romanova, N V.Baryshmkov, Mm Ни, В R Kusse, D В Sinars, T A Shelkovenko, D A.Hammer "A simple air wedge shearing interferometer for studying exploding wires" Rev Sci Instr, 72 (1), 1098-1101, 2001

45 S A Pikuz, T A Shelkovenko, D В Sinars, IY Skobelev, KM Chandler, M D Mitchell, and D A.Hammer, «Х-ray spectroscopic studies of X-pmch plasma

micropinches with ~10 ps resolution», AIP Conference Proceedings of 5-th Intern Conf on Dense Z-pmches, p 173-176, 2002

46* S A Pikuz, D В Sinars, T A Shelkovenko, К M Chandler, D A Hammer, I Yu Skobelev, G V Ivanenkov and W. Stepniewski, "High Energy Density Z-pinch Plasma Conditions with Picosecond Time Resolution," Phys Rev Lett, vol 89, pp 035003(4), 2002

47* С А Пикуз, Д Б Синарс, T А-Шелковенко, К М.Чандлер, Д А Хаммер, И Ю Скобелев, Г В Иваненков, «Времяразрешенная спектроскопия горячей точки Х-пинча», Письма в ЖЭТФ, 76 (8), 571-575, 2002

48* Т A Shelkovenko, S A Pikuz, D В Sinars, KM Chandler, DA Hammer, "Time resolved spectroscopic measurements of ~ 1 keV, dense, subnanosecond X pmch plasma bright spots", Phys of Plasmas, 9 (5), p 2165-2172,2002

49 T A Shelkovenko, S A Pikuz, D В Sinars, K.M Chandler, D A Hammer, «X pmch plasma development as a function of wire material and current pulse parameters», IEEE Transactions on Plasma Science, 30 (2), p 567-576,2002

50 D В Smars, S A Pikuz,T A Shelkovenko, К M Chandler, D A Hammer, J P Apruzese, "Time-resolved spectroscopy of Al,Ti,and Mo X pmch radiation using an X-ray streak camera" Jour Quant Spect Radiat Transf, 78, p 61-83, 2003

51 S A Pikuz, V E Asadchikov, К M Chandler, D A Hammer, Yu I Dudchik, N N.Kolchevsky, F F Komarov, M D Mitchell, A V Popov, T A Shelkovenko, R A Semn, IA Suloev, A V Vinogradov, "Application of a Refractive Bubbles-m-Capillary X-ray Lens to X pmch experiments", Rev Sci Instr , 74(6), p 2247 - 2250, 2003

52 В M Song, S AJPikuz, T A Shelkovenko, D В Sinars, К M Chandler, M D Mitchel, D A Hammer, "Focusing x-ray spectrograph with crossed dispersion" Rev Sci Instr, 74(3), p 1954 - 1957,2003

53 В M Song, T A Shelkovenko, S A Pikuz, M A Mitchell, К M Chandler, and D A Hammer, «X pinch X-ray radiation above 8 keV for application to high-resolution radiography of biological specimens», IEEE Transactions on Nuclear Science, 51, No 5,2514-2519, 2004

54 К M Chandler, A S Shlyaptseva, N D Ouart,. S В Hansen, M D Mitchell, S A Pikuz, T A Shelkovenko, D A Hammer, V L Kantsyrev, and D A Fedm, «Spectroscopic analysis of x-ray bursts from nichrome and comchrome X-pinch plasmas», Review of Scientific Instruments, 75(10), 3702 - 3705, 2004

55* SB Hansen, A.S Shlyaptseva, SAPikuz, T A Shelkovenko, DESmars, К M Chandler, and D A Hammer, «Analysis of L-shell line spectra with 50-ps time resolution from Mo X-pinch plasmas», Physical Review E, 70, 026402(8), 2004.

56 SAPikuz, T A Shelkovenko, KM Chandler, MD Mitchell, DA Hammer, 1 Y Skobelev, A S Shlyaptseva, and S В Hansen, «Х-ray spectroscopy for high energy-density X pinch density and temperature measurements (invited)», Review of Scientific Instruments, v 75(10), p 3666-3671,2004

57 С К Gary, S A Pikuz, M D Mitchell, К M.Chandler, T A Shelkovenko, D A Hammer, and Y I Dudchik, «Х-ray imaging of an X-pmch plasma with a bubble compound refractive lens», Review of Scientific Instruments, v 75(10), 3950 - 3953, 2004

58 S A Pikuz, В M Song, T A Shelkovenko, К M Chandler, M D Mitchell, and D A Hammer, «Application of the focusmg x-ray spectrograph with crossed dispersion to investigations of X pmch plasmas», Review of Scientific Instruments, v 75(10), 3777 - 3779, 2004

59 S A Pikuz, T A Shelkovenko, D В Sinars, and D A Hammer, «Time-dependence of X-pmch structure m one test from two radiographic images», IEEE Transactions on Plasma Science, v 33, No 2, p 580-582,2005

60 S A Pikuz, В M Song, T A Shelkovenko, К M Chandler, M D Mitchell and D A Hammer, "X pinch source size measurements", Proceedings of SPIE, 5196, 25 -35, 2005

61* BM.Song, SAPikuz, T A Shelkovenko, "Determination of the size and structure of an X pmch x-ray source from the diffraction pattern produced by microfabncaterd slits", Applied Optics, 44(12), 2349 - 2358 2005

62 SAPikuz, M D.Mitchell, T A. Shelkovenko, KM Chandler, DA Hammer, "Time-resolved X-ray spectra from 2-4 wire X pinches at 225-450 kA, DZP-2005, AIP Conference Proceedmgs 808,141-144,2005

63* С А Пикуз, T А Шелковенко, Д Б Синарс Д А Хаммер, «Временные характеристики рентгеновского излучения X пинча», Физика Плазмы, 32(12), 1106-1120,2006

Благодарности:

Работа выполнена в Лаборатории проблем новых ускорителей Физического института им П.Н Лебедева РАН в 1982 - 2006 гг Автор будет всегда благодарен А А Коломенскому, руководившему Лабораторией проблем новых ускорителей до 1986 года, научная прозорливость которого позволила

начать наши исследования по, казалось бы, совершенно «непрофильной» для лаборатории теме, и С М Захарову, который предложил начать в лаборатории такие исследования и пригласил в участвовать в них автора настоящей работы Автор выражает свою искреннюю признательность своим коллегам и соавторам Т А Шелковенко, В М Романовой, А Р Мингалееву, Г В Иваненкову, В Степневскому, С Ю Гуськову, А И Самохину за все что они сделали, чтобы настоящая работа была успешной Автор благодарен сотрудникам лаборатории ПНУ ФИАН А Ш Айрапетову, Г А Месхи, Б Н Яблокову, В А.Пападичеву, П С Михалеву, Е Г Крастелеву за помощь в освоении новой для него экспериментальной техники, А М Майне, В Т Еремичеву, Ю П Кондратьеву Л Н Чекановой, А Г Мозговому за помощь в создании и обслуживании экспериментальных установок, А В Агафонову В СЛЗоронину, А Н Лебедеву за полезные обсуждения и помощь в интерпретации полученных результатов, сотрудникам ВНИИФТРИ А Я Фаенову, Б.А Брюнеткину, В А Дякину, И Ю Скобелеву, Т А Пикуз, за помощь в создании диагностических методик и рентгеноспектральной аппаратуры и участие в экспериментах Особую признательность автор выражает профессору Корнельского университета (Итака, США) Д Хаммеру, который организовал наше многолетнее и плодотворное сотрудничество и сотрудникам национальной лаборатории Сандия (Альбукерки, США) К Матсену, Р СпилмеНу и Д Липеру за поддержку этого сотрудничества Автор благодарен сотрудникам и аспирантам Лаборатории плазменных исследований Корнельского университета А Даннингу, Т Бланчарду, Я С Диманту, Д Гринли, Д.Синарсу, В Сонгу, М Митчелу, К Чандлер за помощь в обеспечении экспериментов и участие в них Автор благодарен В П Смирнову, Г А Месяцу, С Недосееву, Е.Грабовскому, О Н Крохину, Г В Склизкову за интерес к работе и полезные обсуждения, А Б Гильваргу, Е В Аглицкому, К.Н.Кошелеву, С И Федотову, Ю А Михайлову, С Ю Гуськову, А В Виноградову А А Петрову, С И Кузнецову, С В Лебедеву, СБланду, ДЧиттендену, МХайнсу, Д Абдаллаху, Б Кази, Д Кьюти, Д Калантару, В Л Канцыреву, А С Сафроновой, С Хансен, А Г Русских, Р Б Бакшт, А И Ерко, ,Л Е.Аранчуку, А Бартнику, Л Карпински К Яху за помощь в работе и плодотворные дискуссии

Подписано в печать аъ.сл. 2007 г Формат60x84/16 Заказ №.Тиражу экз Пл Отпечатано в Редакцис нно-издательской и информационной службе Физического института им Т1 Н Лебедева РАН с оригинал-макета заказчика 119991 Москва, Ленинский проспект, 53 Тел 132 51 28

Введение

Глава 1. Постановка эксперимента

1.1. Схемы X пинчей.

1.2. Генераторы сильноточных электрических разрядов, использованные в экспериментах.

1.3. Средства диагностики

1.3.1. Электрические измерения.

1.3.2. Измерения в оптическом диапазоне, лазерное зондирование

1.3.3. Рентгеновские измерения.

Глава 2. Методы исследований в рентгеновском диапазоне

2.1. Спектральное разложение рентгеновского излучения.

2.1.1. Кристаллические спектрографы

2.1.2. Спектрографы с пропускающими решетками

2.1.3. Спектрографы со скрещенной дисперсией. 29 2.2 Методы получения рентгеновских изображений.

2.2.1. Пассивные методы (регистрация собственного излучения).

2.2.2. Рентгеновские спектрографы с пространственным разрешением.

2.2.3. Активные методы (рентгеновская радиография). 40 2.3. Регистрация рентгеновского излучения с временным разрешением.

2.3.1 Измерения с помощью рентгеновских фотодиодов.

2.3.2. Измерения с помощью рентгеновского электронно-оптического преобразователя со щелевой разверткой (стрик-камеры).

2.3.3. Измерения жесткого рентгеновского излучения.

Глава 3. Структура и динамика X пинча.

3.1 Результаты первых исследований, основные характеристики X пинча. 51 3.2. Развитие диагностических методик. Рентгеновская радиография X пинча.

3.3 Обобщенный сценарий процессов в X пинче. 66 3.3.1 Начальная стадия формирования нагрузки

X пинча в сильноточном диоде

3.3.2. Процессы формирования перетяжки X пинча

3.3.3 Динамика перетяжки. Каскадирование. 71 3.3.4. Формирование и локализация горячей точки. Радиационный взрыв. 73 3.3.5 Разрыв перетяжки, образование минидиода и генерация пучков.

3.4. Взаимодействие X пинчей. Многократные и многопроволочные X пинчи.

3.5. Особенности Х-пинчей из различных материалов.

Глава 4. Горячая точка Х-пинча, ее структура и пространственные характеристики.

4.1. Результаты, полученные с помощью камер-обскур.

4.2. Результаты, полученные с помощью щелевой камеры со ступенчатым ослабителем (ЩСО).

4.3. Результаты, полученные с помощью пропускающих решеток.

4.4. Результаты, полученные с помощью Брэгг-Френелевской линзы (БФЛ).

4.5. Результаты, полученные с помощью преломляющей капиллярно-пузырьковой рентгеновской линзы (ПКП).

4.6. Результаты, полученные с помощью рентгенографии.

4.7. Результаты, полученные из анализа изображений с учетом волновых свойств рентгеновского излучения.

Глава 5. Временные характеристики рентгеновского излучения и динамика горячей точки Х-пинча.

5.1. Измерения временных характеристик рентгеновского излучения с помощью фотодиодов.

5.2. Измерения временных характеристик рентгеновского излучения с помощью стрик-камеры.

5.3. Пространственно-временные характеристики горячей точки.

Глава 6. Спектральные характеристики X пинча. 152 6.1. Времяинтегральпые спектры Х-пинча.

6.1.1. Некоторые основные соотношения.

6.1.2. Экспериментальные результаты.

6.2. Временные характеристики спектров X пинча.

6.2.1. Постановка эксперимента.

6.2.2. Экспериментальные результаты.

Глава 7. Параметры плазмы в горячей точке.

7.1. Определение параметров плазмы по К-спектрам Ti.

7.2. Определение параметров плазмы по L-спектрам Мо.

7.3. Предельные параметры горячей точки. Моделирование. 200 Заключение 210 Литература 213 Приложения

Быстрый Z-пинч как объект научного исследования привлек к себе пристальное внимание в начале 70-х годов. Это было связано с появлением в экспериментальной физике мощных наносекундных генераторов тока, предназначенных для получения сильноточных электронных пучков в простой диодной схеме с взрывоэмиссионным катодом [1].

Идея использования таких генераторов с нагрузкой диода в виде тонкого проводника привела к созданию нового класса источников плотной высокотемпературной плазмы (Под таким термином обычно имеется в виду плазма с температурой большей, по крайней мере, 100 эВ и имеющей плотность большую чем 1017-И018 см'3). Сам по себе взрыв проволочек исследовался и до этого, правда с другими целями [1,2,3]. Однако, параметры имеющихся в то время установок не позволяли достигнуть указанного выше состояния вещества. Действительно, для достижения равновесия между давлением магнитного поля тока и гидродинамическим давлением плазмы необходимо выполнение условия Беннета [4]:

I2 = (8л/|ао) Nj кв То, где I - ток пинча, Nj - число ионов на единицу длины, кв - постоянная Больцмана, и То - температура плазмы.

При низких значениях начальной плотности плазмы, как это было на заре термоядерных исследований [5], это условие легко выполнялось и для микросекундных генераторов тока, однако возникновение и рост плазменных неустойчивостей не позволили использовать простую идею генерации горячей плазмы с помощью сжатия ее магнитным полем (Z-пинчи) для осуществления термоядерного синтеза.

Взрывающаяся проволочка создает первоначально очень плотную нагрузку и разлет вещества не может быть остановлен магнитным полем медленно нарастающего тока. Именно поэтому только наносекундные (t < 1 мкс) генераторы с амплитудой тока большей 100 кА позволили создать условия для генерации высокотемпературной плазмы [6,7]. Название плазменного источника «взрывающаяся проволочка» при этом сохранилось, что создает иногда некоторую путаницу в понятиях. Довольно быстро появились нагрузки, состоящие из нескольких параллельных проволочек [8,9], что существенно улучшало согласование низкоимпедансных генераторов с нагрузкой и увеличивало эффективность передачи энергии в плазму [10,11,12]. Коэффициент преобразования энергии «от розетки» в коротковолновое излучение при этом возрастал. Многопроволочная схема по своей идее близка к схемам создания нагрузки сильноточного диода при импульсном напуске газа [13,14], или при заполнении диода лазерной плазмой непосредственно перед электрическим разрядом [15, 16]. Вместе с тем, как показали последние исследования, имеются весьма существенные, даже кардинальные, различия между многопроволочными сборками и «непроволочными» методами создания нагрузок сильноточных диодов [17,18]. Необходимо отметить еще один интересный способ создания высокотемпературной плазмы в наносекундном разряде, а именно, в разряде через диэлектрический канал или капилляр [19], на основе которого удалось разработать малогабаритные источники ВУФ излучения, в том числе когерентного [20]. Следует также упомянуть два важных примера Z-пинчей, длительность электрического разряда в которых лежит в микросекундном диапазоне, и в которых, тем не менее, достигнуты высокие плазменные параметры (киловольтные температуры и плотности превышающие Ю20 см'3). Имеются в виду плазменного фокус, исследования которого активно ведутся по настоящее время [21,22], и вакуумную искру [23,24,25], в которых было обнаружено интересное и важное плазменное явление, именуемое «горячей точкой». Образование «горячей точки», несмотря на микросекундный разряд, связано с наносекундными процессами в плазме. Именно «горячей точке» и механизмам ее порождающим будет уделено существенное внимание в настоящей работе.

Резкий всплеск интереса к быстрым пинчам, наблюдаемый в последние 5 лет, в том числе возрождение интереса к взрыву одиночных проволочек, связан с грандиозными успехами экспериментов по сжатию сверхмощным импульсом тока цилиндрической нагрузки, состоящей из нескольких сотен тонких проводников [26,27]. В лаборатории Сандия (Sandia National Laboratories, Albuquerque, США) на установке Z (20 MA, 100 не) удалось получить импульсы рентгеновского излучения с рекордными параметрами (энергия излучения в диапазоне длин воли короче 12 А более 400 кДж, мощность излучения до 200 ТВт) с высокой эффективностью преобразования энергии электрического разряда.

В свою очередь возродился интерес к исследованиям взрыва одиночных проводников, в том числе при сравнительно небольших токах разряда (до 10 кА) в наносекундном диапазоне времени [28,29,30]. Связано это, прежде всего, с необходимостью получения достоверной информации о начальной стадии взрыва проволочек в многопроволочных нагрузках, начиная с «холодного старта», т.е. с момента начала прохождения тока через проволочку.

Настоящая работа посвящена исследованиям Х-пинча [31], являющегося разновидностью Z-пинча, но разновидностью настолько своеобразной, что он вполне заслуженно имеет собственное название, признанное в научном сообществе. Х-пипч представляет собой новое направление научных исследований, тесно связанных с другими исследованиями Z-пинчей, в том числе с исследованиями многопроволочных нагрузок, упомянутых выше. В работе изложены результаты многолетних экспериментальных исследований Х-пинча, проведеппые автором и его ближайшими коллегами под его руководством, начиная с момента предложения данной конфигурации нагрузки, и по настоящее время. Авторы других работ по Х-пинчу, а такие исследования сейчас ведутся в нескольких лабораториях мира, в значительной степени следовали нашим результатам, дополняя и уточняя последние. Поэтому, написание специальной обзорной главы не имело смысла, и результаты других авторов будут упомянуты по мере необходимости. Хорошие обзоры по исследованиям наносекундных Z-пинчей даны в работах [32,33,34]. Краткий обзор экспериментов по Х-пинчам, включая самые последние работы, сделан в статье [35], подготовленной к печати. Из этого обзора взята таблица, в которой перечислены установки, на которых велись и ведутся в настоящее время исследования связанные с Х-пинчами.

Таблица. Эксперименты по Х-пинчам а лабораториях мира.

Лаборатория, страна Установка Макс, ток кА Длит, имп. (фр*),нс Средн. dl/dt Тип генератора тока Ссылка

ФИАН, СССР Дон 150 80 5 Форм.лин. 1982 [31]

ФИАН, Россия БИН 270 150 3 Формлин. 1994 [36-38]

Cornell University, США LION 470 80 Форм.лин. 1989 [39,91]

Naval Res.Lab., США Gamble И 1000 100* 10 Форм.лин. 1991 [39]

Maxweel Lab. США Blsckjack-5 3500 150 20 Формлин. 1990 [40]

Cornell University, США XP 450 100 10 Форм.лин. 1999 [41-43]

Imperial College, Англия 320 1200 0.25 Конд.бат. 2000 [44]

Catholic University, Чили Gepopu 300 150 2 Форм.лин. 2000 [45]

Catholic University, Чили Lampudken 400 250 1.3 Форм.лин. 2002 [46]

Univ. of Nevada, США ZEBRA 1000 100 10 Форм.лин. 2003 [47-48]

Florida A&M Univ., США 500 1300 0.4 Конд.бат. 2003 [49]

ИСЭ COAH, Россия 300 500 0.6 Конд.бат 2003 [50]

ИСЭ COAH, Россия 120 250 1 ЛТД 2004 [51]

Imperial College, Англия 40 40 1 Форм.лин. 2003 [52]

Ecole Polytechnique, Франция 200 200 1 Конд.бат. 2004 [53]

Univ.Calif.San Diego, США 80 40 2 Форм.лин. 2005 [54]

Cornell University, США Cobra 1000 100 10 Форм.лин. 2005 [55]

Imperial College, Англия MAGPIE 250 250 1 Обр.токопр. 2001 [56]

ТРИНИТИ, Россия Ангара 5 300 100 4 Обр.токопр. 2002 [57]

Cornell University, США Cobra 250 100 2.5 Обр.токопр. 2005 [58]

Следует отметить, что на всех установках, па которых достигались высокие плазменные параметры, значения скорости нарастания тока на фронте импульса превышает величину 1 кА/нс. Это правило было установлено Т.А.Шелковепко на основе всех имеющихся в настоящее время экспериментальных данных.

Экспериментальные работы по быстрым Z-пинчам начались в Лаборатории Проблем Новых Ускорителей (ЛПНУ) Физического Института им. П.Н.Лебедева АН СССР в 1979 году, после перехода в нее из Отделения Квантовой Радиофизики ФИАН автора, где он занимался исследованиями рентгеновских спектров мпогозарядных ионов лазерной плазмы и защитил в данной области кандидатскую диссертацию [59]. В это время в ЛПНУ имелся низкоомный электронный ускоритель «Дон» (300 кВ, 150 кА, 80 не), параметры которого вообще говоря были далеки от установки Gamble-2 (1MB, IMA, фронт 100нс) [6,60], на которой к этому моменту была продемонстрирована возможность получения горячей плазмы при наносекундном взрыве металлических проводников и были зарегистрированы рентгеновские спектры многозарядньх ионов вплоть до Аи+52 [60]. Представлялось заманчивым попробовать получить аналогичные результаты при существенно более скромном уровне генератора, сохранив, однако, удельные параметры эксперимента. При поддержке руководства лаборатории (зав. лабораторией А.А.Коломенский и рук. группы С.М.Захарова) эксперименты по взрывающимся проволочкам на ускорителе «Дон» были поставлены,

Опыт в исследованиях спектров мпогозарядных ионов, приобретенный за время работы в КРФ позволил достаточно быстро продемонстрировать возможность использования установок класса «Дон» для создания горячей плазмы взрывающихся проволочек [7, 61], и эксперименты по быстрым Z-пинчам стали неотъемлемой частью работ лаборатории. Практически одновременно аналогичные работы начались в Институте Сильноточной Электроники СО АН СССР [62], а несколько позднее в Институте Атомной Энергии им Курчатова [63].

Все эксперименты по взрывающимся проволочкам велись в это время либо с одиночными проволочками из различных материалов, либо с нагрузками из небольшого числа параллельных проволочек, расположенных по образующей цилиндра в диодном промежутке. Процессы в диоде в этих двух случаях оказались совершенно не похожими друг на друга. Разница между одиночной проволочкой и многопроволочной нагрузкой определяется не только разными условиями согласования генератора тока с нагрузкой, как казалось вначале, но и абсолютно разной динамикой всего процесса в диоде, что стало ясно значительно позже.

В 1979 году в ЛПНУ находился с визитом в рамках межакадемического сотрудничества и научного обмена в области генерации электронных пучков сотрудник Института Физики Плазмы Чехословацкой Академии Наук И.Улшмит. Во время этого визита, в ходе обсуждений экспериментов по взрывающимся проволочкам на установке «Дон» и различных путей улучшения согласования генератора с нагрузкой была предложена нецилиндрическая конфигурация нагрузки, наиболее простым способом реализации которой показалось простое перекрещивание проводников в диоде.

Именно этой конфигурации авторами было дано очевидное название Х-пинч [31]. Конфигурация перекрещенных проволочек в качестве нагрузки была немедленно проверена в эксперименте. Уже в первых опытах Х-пиич показал ряд преимуществ перед одиночными и цилиндрическими мпогопроволочными нагрузками. Наиболее очевидным преимуществом X-пинча является жесткая привязка области образования горячей плазмы к перекрестию проволочек. Исследование всего комплекса особенностей Х-пинча является одним из основных предметов настоящей работы.

На установке «Дон» были выполнены эксперименты по быстрому Z-пинчу и с другими типами нагрузок в сильноточном диоде. В частности была реализована оригинальная схема пинчевапия плазмы, создаваемой в диоде излучением мощного лазера [15,16]., а также впервые осуществлена схема сильноточного разряда через диэлектрический капилляр [19], в которых также наблюдалась генерация высокотемпературной плазмы. Последняя схема сейчас широко исследуется в связи с проблемой создания лазеров ВУФ диапазона [20].

Тем не менее, именно Х-пинч показался наиболее интересным объектом исследований, что и подтвердил дальнейший ход событий. Результаты работ по взрывающимся проволочкам [64-66], а также данные первых экспериментов с Х-пипчами, выполненных на установке «Дон» приведены в кандидатской диссертации А.И.Самохина [67] (научные руководители А.А.Коломенский и С.М.Захаров).

Для проведения экспериментов по быстрому Z-пинчу и, главным образом, для исследований Х-пинча в лаборатории ПНУ была образована экспериментальная группа под руководством автора настоящей работы. Была также спроектирована (главный автор проекта Б.Н.Яблоков) специализированная установка БИН (Быстрый Импульсный Накопитель) с параметрами, обеспечивающими лучшее согласование с плазменной нагрузкой, и предназначенная для работы в токовом режиме, т.е. режиме близком к короткому замыканию. Для этого она была сделана с возможно низким импедансом формирующей линии (Z = 1 Ом) и вакуумной камерой, позволяющей вести специфические плазменные эксперименты. В ходе работ установка подверглась ряду серьёзных модификаций, что существенно повысило надежность ее работы.

Результаты экспериментов на установках Дон и БИН позволили установить значительное число основных закономерностей Х-пинча, исследовать его макроскопическую структуру, измерить ряд его физических параметров. Результаты работ на установке БИН [36,37,68-84] легли в основу кандидатской диссертации В.М.Романовой [85] (Научный руководитель С.А.Пикуз). Можно также упомянуть ряд работ выполненных совместно с Институтом Физики Плазмы и Лазерного Микросинтеза (Варшава, Польша) [87-88] и совместно Ecole Polytechnique (Палезо, Франция) [89,90], результаты которых были также полезны для понимания физики Z-пинчей.

Независимо от наших работ, несколько позже, к концепции Х-пинча пришли сотрудники Лаборатории Плазменных Исследований в Корнельском Университете в США под руководством Д.А.Хаммера (D.A.Hammer) [39,91-93]. Результаты исследований пересекались во многих аспектах, поэтому образование коллаборации по исследованию X-пипча было вполне естественным.

Здесь следует учесть особенности системы образования и системы научных исследований в университетах США. Обычно, работа по некоторой теме, которая может быть достаточно самостоятельной и замкнутой, ведется аспирантом в пределах возможностей финансирования по гранту, полученному лабораторией для выполнения данной работы. При условии получения результатов, удовлетворяющих соответствующим требованиям (которые, как правило, ниже требований, принятых в нашей стране для кандидатских диссертаций) защищается диссертация доктора философии (PhD) , и работа считается завершенной.

Дальнейшая судьба исследований, включая даже физическое существование экспериментальных установок, целиком и полностью зависит от активности руководства лаборатории. Именно такая ситуация сложилась и в Корнельском университете. Начало нашего сотрудничества почти совпало с завершением диссертационной работы Д.Калантара (D.Kalantar), которую он с успехом защитил в 1993 году [94]. В результате в лаборатории осталась действующая установка ХР с неплохим комплексом измерительной аппаратуры и множество интересных нерешенных физических задач. Тогда Д.А.Хаммер обратился к нам с предложением о проведении экспериментов на установке ХР, в пределах тех весьма ограниченных финансовых возможностей, которыми он тогда обладал. Предполагались краткосрочные визиты наших сотрудников в Корнельский университет и их работа на установке ХР. Учитывая известное положение с финансированием науки у нас в стране в 1990-х годах, мы дали на это согласие, имея также в виду возможность получения нового опыта работы на современной научной аппаратуре, в частности на аппаратуре с высоким временным разрешением.

Таким образом сложилась ситуация, когда программа работ на установке ХР в Корнельском университете практически полностью определялась нашим участием.

В дальнейшем, в связи с развитием работ по генерации рентгеновского излучения на установках Сатурн и Z в Национальной Лаборатории Сандия (SNL) США, возникла острая потребность в новых физических данных о наносекундном взрыве проволочек. Часть этой работы была передана Корпельскому Университету, с которым у SNL были давние научные связи. При этом большую роль сыграло наличие в Корнельском Университете работающей установки, которая могла быть использована для получения необходимых данных, и квалифицированных сотрудников, имеющих опыт работы на этой установке, т.е сотрудников ФИАН. В результате, в последние годы, под фактическим научным руководством автора настоящей работы, в Корнельском университете был выполнен большой цикл экспериментальных работ, как по физике взрывающихся проволочек, так и по физике Х-пинча с использованием высококлассного научного оборудования. Результаты этих исследований многократно докладывались на основных научных конференциях по соответствующей тематике и опубликованы в ведущих научных журналах, как результаты совместных работ ФИАН и Корнельского Университета [28,95-170]. Часть этих работ была, касающихся непосредственно Х-пинча была использована в настоящей диссертации.

Ряд экспериментов, связанных с исследованиями многопроволочных нагрузок, в том числе и с использованием Х-пинча как диагностического инструмента, был выполнен в Imperial College (Лондон, Англия) на установке MAGPIE [56,171-178].

В последнее время, несмотря на очень ограниченные финансовые возможности, удалось восстановить практически в полном объеме исследования в ЛПНУ ФИАН [30, 167,179-185].

Общая характеристика работы.

Диссертация посвящена исследованиям Х-пинча, представляющего настолько своеобразную разновидность Z-пинча, что он вполне заслуженно имеет собственное название, признанное и применяемое международным научным сообществом. Х-пинч как новое направление научных исследований тесно связан с исследованиями быстрых Z-пипчей, в том числе, и Z-пипчей, основанных на многопроволочных сборках. Свое название Х-пинч получил в 1982 г., когда в ходе обсуждений экспериментов по взрывающимся проволочкам и различных путей улучшения согласования генератора с нагрузкой была предложена нецилипдрическая конфигурация нагрузки. Простейшая геометрически и легко реализуемая на практике конфигурация нагрузки представляет собой две проволочки, перекрещенные в виде буквы X внутри диода - оконечного устройства мощного папосекундного генератора тока. Конфигурация перекрещенных проволочек в качестве нагрузки была немедленно проверена в эксперименте. Уже в первых опытах Х-пинч показал ряд преимуществ перед одиночными и цилиндрическими многопроволочными нагрузками, наиболее явным из которых оказалась жесткая привязка области образования горячей плазмы к перекрестию проволочек. В диссертации изложены результаты многолетних экспериментальных исследований всего комплекса особенностей Х-пинча, проведенные автором и под его руководством, начиная с момента предложения данной конфигурации нагрузки, и по настоящее время.

Актуальность проблемы. Интерес к высокотемпературной плазме, возникший в связи с проблемами управляемого термоядерного синтеза (УТС), в последние несколько десятилетий только возрастал, что было обусловлено не только фундаментальными проблемами астрофизики, физики экстремальных состояний вещества, но и возможностями создания на ее основе эффективных источников ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения с уникальными временными и яркостными характеристиками, а также электронных и ионных пучков для различных приложений. Подобные источники излучения необходимы как для певозмущающих методов исследования быстропротекающих физических процессов с высоким временным и пространственным разрешением, внутренней структуры биологических объектов, исследований взаимодействия мощных потоков излучения с веществом, так и для микро- и нанотехиологий.

Одним из наиболее простых способов получения высокотемпературной плазмы является сжатие вещества под действием магнитного поля протекающего через вещество тока (пинч-эффект), именно этот способ (а именно микросекундный Z-пинч) был использован в первых работах по УТС. Однако, непреодолимые трудности, связанные с развитием пеустойчивостей, привели к тому, что интерес к Z-пинчам упал. Прогресс в развитии мощной импульсной наносекундной техиики в 70-х годах прошлого столетия привел к новому

10 всплеску исследований Z-пинчей. При этом существенно изменились концепции, заложенные в эти исследования. В одних экспериментах, например в экспериментах с взрывающимися проволочками, именно развитие неустойчивостей и формирование перетяжек стало основным фактором формирования плотной плазмы с киловольтными температурами, В других экспериментах, в частности, в экспериментах с цилиндрическими проволочными лайнерами, изначально предполагалось, что основную долю энергии, вложенной в нагрузку, составляет кинетическая энергия сжимающейся оболочки, а преобразование кинетической энергии в тепловую происходит при столкновении вещества на оси. В плазменных лайнерах достигнут на сегодня рекордный для лабораторных источников выход мягкого рентгеновского излучения (более 200 ТВт и 2 МДж). При этом оказалось, что процессы в лайнерах не могут рассматриваться как простое сжатие плазменной оболочки, а имеют очень сложный характер. Кроме того, выяснилось, что механизм генерации рентгеновского излучения, и особенно излучения в более жесткой части спектра (Е > 1 кэВ), в значительной мере связано все же с развитием неустойчивостей и формированием локальных плотных высокотемпературных плазменных образований. Такие плазменные образования носят название горячих точек и наблюдались ранее в импульсных плазменных источниках, таких как низкоиндуктивная вакуумная искра, плазменный фокус, взрывающаяся проволочка. Горячие точки имеют стохастический характер, при этом процессы их формирования протекают в малой области пространства и в короткий промежуток времени, что сильно затрудняет их исследование. Именно поэтому, до проведения исследований, описываемых в настоящей работе, информация о динамике формирования и параметрах горячих точек была очень ограниченной или вообще отсутствовала. Не были известны пи реальные размеры, ни время существования, ни параметры плазмы горячей точки. Имеющиеся отрывочные данные, полученные, в основном на уровне оценок, не позволяли создать более ли менее адекватную модель процессов формирования горячей плазмы в Z-пинчах, но в то же время свидетельствовали о том, что параметры вещества в горячих точках экстремально высоки, а сами они имеют очень маленькие (микронного уровня) размеры и субнаносекундное время жизни.

В то же время, развитие работ по сжимающимся лайнерам потребовало создания новых экспериментальных методик для исследования процессов, протекающих в нагрузке при формировании плазмы и её нагреве. Методики должны были иметь очень высокое пространственное и временное разрешение и проникать в плотные области плазмы, недоступные для, например, хорошо известных методов лазерного зондирования. Эта задача могла быть решена путем использования в экспериментах рентгеновского зондирования исследуемых плазменных объектов, однако имеющиеся в наличии источники рентгеновского излучения не обладали необходимыми для этого параметрами. Кроме того, были совершенно недостаточно разработаны экспериментальные методы получения и регистрации изображений в мягком рентгеновском диапазоне.

Цель работы и задачи исследований. Детальное исследование физических процессов формирования плотной горячей плазмы (горячей точки) в перетяжке Z-пинча и создание па этой основе источника мягкого рентгеновского излучения с необходимыми параметрами. Поставленная задача была решена путем создания новой типа быстрого (наносекундного) Z-пинча, названного Х-пипчем и его всестороннего исследования. Х-пинч представляет собой взрыв тонких проводников или нитей скрещенных в сильноточном наносекундном вакуумном диоде.

Научная новизна работы заключается в том что:

1. Предложен и реализован в экспериментах новый тип Z-пипча, названный Х-пинчем.

2. Детально исследованы процессы в Х-пинче, приводящие к формированию в нем плотной горячей плазмы с экстремальными параметрами.

3. Исследованы процессы образования горячих точек и измерены их предельные параметры, при этом получены результаты, которые потребовали пересмотра самого понятия горячей точки.

4. Разработаны и применены в экспериментах новые оптические и рентгеноспектральные приборы для исследований высокотемперат7рпой плазмы.

5. Создан источник мягкого рентгеновского излучения с уникальными параметрами.

Научная и практическая значимость работы состоит в том, что:

Сформировано новое научное направление в исследованиях физики Z-пинчей и вещества в экстремальных состояниях. Термин Х-пинч стал общепризнанным в мировом научном сообществе, а сам Х-пинч исследуется и используется во многих лабораториях мира.

Полученные в проведенных исследованиях результаты привели к пересмотру или уточнению целого ряда представлений в физике взрывающихся проволочек, сжимающихся многопроволочных лайнеров и механизмов формирования плотной горячей плазмы в Z-пинчах.

Разработанные в работе научные приборы и экспериментальные методики используются в исследованиях высокотемпературной плазмы.

Разработаны физические основы источников мягкого рентгеновского излучения на основе Х-пинча для исследований в различных областях пауки.

Полученные экспериментальные данные дали существенный толчок развитию теории Z-пинчей и методов их моделирования.

Личный вклад автора. Автору принадлежит идея Х-пинча (в равной степени с его соавторами первой публикации на эту тему), а также определяющая роль в реализации этой идеи. Все результаты, представленные в диссертации получены автором лично или с его определяющим участием.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1.X-пинч является новым плазменным объектом, обладающим рядом существенных отличий от других типов Z-nничей.

2. В формировании Х-пинча важную роль играют начальные фазы взрыва проволочек, когда в результате с нагрева вещества и перехода его в гетерогенное состояние образуются плотные керны, являющиеся основным материалом, из которого под действием магнитного поля создается горячая плазма.

3. Перетяжка в Х-пинче, а, возможно и в любых z-пинчах, формируется не просто в результате развития сосисочной неустойчивости, а в результате сложного каскадного процесса, приводящего, в конечном счете, к образованию фрактально структурированной области плазмы и горячей точки с чрезвычайно малыми размерами и очень коротким временем жизни.

4. Параметры плазмы в Х-пипче достигают экстремальных состояний, а именно, электронных температур масштаба нескольких килоэлектронвольт и электронных плотностей, близких или даже превышающих плотность твёрдого тела, при этом плотность выделяемой энергии достигает 1022 Вт/см3.

5. Горячая точка имеет сложную пространственно-временную структуру и представляет собой меняющуюся во времени последовательность плазменных состояний с различными параметрами.

6. Рентгеновское излучение горячей точки имеет тепловой характер.

7. Х-пинч является уникальным источником мягкого рентгеновского излучения в диапазоне энергий квантов 3-5 кэВ с размерами излучающей области не превышающими одного микрона и длительностью импульса излучения меньше 5-10 пс.

Достоверность и обоснованность результатов, полученных в диссертационной работе, основана на комплексном подходе к исследованиям, использовании большого количества различных перекрестных и взаимно дополняющих методов диагностики и большой статистике измерений, набранной па нескольких экспериментальных установках, а также сравнением экспериментальных данных с результатами численного моделирования. Часть результатов подтверждена в более поздних работах других экспериментальных групп.

Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались и обсуждались на Международных конференциях по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу (Звенигород, 2000 - 2005),

Международных конференциях по физике плазмы (IEEE - ICOPS, Сан Диего, США, 1998, Монтеррей, США, 1999, Новый Орлеан США, 2000, Лас Вегас, США, 2001, Альберта, Канада, 2002, Джеджу Айлепд, Корея, 2003, Балтимор, США, 2004, Монтеррей, США, 2005, Трэверс Сити, США, 2006),

Международных конференциях по плотным Z - пинчам (Санта Барбара, США, 1989, Лондон, Великобритания, 1993, Ванкувер, Канада, 1997, Альбукерки, США, 2002, Оксфорд, Великобритания, 2005),

Международных симпозиумах Американского общества инженеров-оптиков (SPIE, Сан Диего, 1994,2001,2003,2004),

Международных конференциях по мощным импульсным пучкам заряженных частиц (BEAMS, Новосибирск, СССР, 1988, Прага, Чехия, 1998, Санкт Петербург, Россия, 2004),

Ежегодных собраниях Отделения физики плазмы Американского Физического общества (APS-DPP, Денвер, США, 1996, Питтсбург, США, 1997, Новый Орлеан, США, 1998, Сиэтл, США, 1999, Квебек, Канада, 2000, Лонг Бич, США 2001, Орландо, США, 2002, Альбукерки, США 2003, Саванна, США, 2004, Филадельфия, США 2006),

Международных конференциях по диагностике высокотемпературной плазмы (HTPD, Монтеррей, США, 1998, Принстон, США, 2000, Тусон США, 2002, Мэдисон, США, 2002, Сан Диего, США, 2004, Вильямсбург, США, 2006),

Международных конференциях по экстремальным состояниям вещества (Эльбрус, Россия, 2004,2005),

Всероссийском семинаре по Z - пинчам (Москва, 2006),

Рабочих совещаниях по физике многопроволочных Z - пинчей (Таос, США, 2000, Абингдон, Великобритания 2002, Питлохи, Великобритания, 2004, Финикс, США, 2006).

Результаты исследований изложены в 63 статьях, в том числе в 32 статьях в периодических изданиях, рекомендованных ВАК в 2006 году для публикации результатов докторских диссертаций и 50 докладах на Международных и Российских симпозиумах и конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, семи глав, Заключения и Приложений. Объем диссертации составляет 239 стр., включая 179 рисунков, 20 таблиц и список литературы из 253 наименований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В заключение коротко перечислим основные результаты проведенных исследований:

1. Предложен и экспериментально реализован новый источник высокотемпературной плазмы с контролируемыми экстремальными параметрами, названный Х-пинчем, причем само это название стало общепризнанным научным термином.

2. Создан комплекс измерительной аппаратуры с предельными параметрами, включающий в себя приборы, предложенные и разработанные автором: а. Оптический многокадровый регистратор на основе однокаскадных ЭОПов. б. Сдвиговый интерферометр на основе призменного делителя пучка. в. Камера-обскура высокого разрешения (5 мкм) для жесткого теплового рентгеновского излучения (Е > 2 кэв). г. Щелевая камера со ступенчатым фильтром. д. Рентгеновский фокусирующий спектрограф с пространственным разрешением на основе прямоугольного кристалла слюды изогнутого по сферической поверхности малого радиуса (R = 100-250 мм). е. Светосильный рентгеновский спектрограф с пространственным разрешением на основе цилиндрически изогнутого кристалла с нанесенной на его поверхность линейной френелевской линзой. ж. Рентгеновский спектрограф со скрещенной дисперсией. з. Рентгеновский спектрограф для жесткого излучения по схеме Лауэ для получения двумерных изображений плазменных объектов в спектральных линиях.

3. Разработаны новые диагностические схемы и методы, использованные для исследований Х-пиича, но имеющие и другие области применения. а. Схема исследования динамики образования перетяжки и определения положения горячей точки Х-пинча на основе рентгеновской радиографии. б. Схема исследования с пикосекундпым временным разрешением динамики излучающей области X пинча в зависимости от жесткости излучения на основе временных разверток с помощью стрик-камеры теневых изображений полупрозрачных объектов с большим увеличением. в. Бесщелевая схема регистрации рентгеновских спектров с пикосекундным временным разрешением на основе стрик-камеры и сферически изогнутого кристалла. г. Метод измерения электронной температуры плазмы, основанный на исследовании динамики возбуждения К- и Л- спектров многозарядных ионов. е. Метод измерения размеров горячей точки с субмикронным пространственным разрешением, основанный на анализе структуры изображений тест-объектов, связанной с волновыми свойствами рентгеновского излучения. ж. Метод монохроматического рентгеновского зондирования ярких плазменных объектов

3. Проведены всесторонние комплексные исследования структуры и динамики X пинча и процессов формирования горячей точки. Предложен обобщенный сценарий процессов в Х-пинче.

4. Измерены параметры горячей точки с пикосекундным временным разрешением и субмикронным пространственным разрешением.

5. Обнаружены новые физические явления в Х- пинчах. а. Образование в начальной фазе Х-пинча при взрыве проволочек стабильных плотных кернов с резкими границами и гетерогенной (паро-капельной или губчатой) структурой и их объединение в перекрестии. б. Каскадирование перетяжки Х-пинча, представляющее собой процесс последовательного воспроизведения во все более малом масштабе пространственной структуры перетяжки в процессе сжатия, что, в конечном счете, приводит к образованию горячей и плотной плазмы субмикронпых размеров с пикосекундных временем существования. в. Сложная пространственная структура светящейся области Х-пинча, состоящей из собственно горячей точки, имеющей в свою очередь сложную пространственную структуру, и плазмы, возбуждаемой электронным пучком. г. Сложная временная структура горячей точки, состоящая в основном из двух совершенно различных по параметрам стадий. На первой стадии плазма горячей точки имеет умеренную температуру (< 1 кэв) и экстремально высокую плотность, превышающую плотность твердого тела. Спектр излучения горячей точки близок к планковскому. На второй стадии плотность плазмы существенно ниже, а температура может превышать 2.5 кэв. В этой стадии наблюдается интенсивное линейчатое излучение многозарядных ионов. Таким образом, само понятие горячей точки потребовало существенного пересмотра. д. Радиационный взрыв горячей точки, непосредственное наблюдение которого в эксперименте можно интерпретировать как подтверждение существования «радиационного коллапса».

6. Показано, что излучение горячей точки имеет тепловой характер и связано с нагревом вещества при его сжатии магнитным полем и никоим образом не связано с генерацией электронных пучков и их взаимодействием с плазмой.

7. Показано, что по крайней мере до пространственных масштабов 0.5 - 1 мкм и временных масштабов 3-5 пс, явления в перетяжке X пинча неплохо соответствуют радиационной МГД модели.

8. Постоянное сопоставление экспериментально полученных данных с результатами теоретических расчетов позволило существенным образом продвинуть развитие МГД моделей и программ их описывающих.

Благодарности:

Работа выполнена в Лаборатории проблем новых ускорителей Физического института им. П.Н. Лебедева РАН в 1982 - 2006 гг. Автор будет всегда благодарен

A.А.Коломенскому, руководившему Лабораторией проблем новых ускорителей до 1986 года, научная прозорливость которого позволила начать наши исследования по, казалось бы, совершенно «непрофильной» для лаборатории теме, и С.М.Захарову, который предложил начать в лаборатории такие исследования и пригласил в участвовать в них автора настоящей работы. Автор выражает свою искреннюю признательность своим коллегам и соавторам Т.А.Шелковенко, В.М. Романовой, А.Р.Мингалееву, Г.В.Иваненкову,

B.Степневскому, С.Ю.Гуськову, А.И.Самохину за всё что они сделали, чтобы настоящая работа была успешной. Автор благодарен сотрудникам лаборатории ПНУ ФИАН А.Ш.Айрапетову, Г.А.Месхи, Б.Н.Яблокову, В.А.Пападичеву, П.С.Михалеву, Е.Г.Крастелеву за помощь в освоении новой для него экспериментальной техники, А.М.Майне, В.Т.Еремичеву, Ю.П.Кондратьеву Л.Н.Чекановой, А.Г.Мозговому за помощь в создании и обслуживании экспериментальных установок, А.В.Агафонову. В.С.Воронину,

A.Н.Лебедеву за полезные обсуждения и помощь в интерпретации полученных результатов, сотрудникам ВНИИФТРИ А.Я.Фаенову, Б.А.Брюнеткину, В.А.Дякину, И.Ю.Скобелеву, Т.А.Пикуз, за помощь в создании диагностических методик и рентгеноспектралыюй аппаратуры и участие в экспериментах. Особую признательность автор выражает профессору Корнельского университета (Итака, США) Д.Хаммеру, который организовал наше многолетнее и плодотворное сотрудничество и А.Н.Лебедеву, инициировавшему это сотрудничество, а также сотрудникам национальной лаборатории Сандия (Альбукерки, США) К.Матсену, Р.Спилмену и Д.Липеру за поддержку этого сотрудничества. Автор благодарен сотрудникам и аспирантам Лаборатории плазменных исследований Корнельского университета А.Даннингу, Т.Бланчарду, Я.С.Диманту, Д.Гринли, Д.Синарсу,

B.Сонгу, М.Митчелу, К.Чандлер за помощь в обеспечении экспериментов и участие в них. Автор благодарен В.П.Смирнову, Г.А.Месяцу, С.Недосееву, Е.Грабовскому, О.Н.Крохину, Г.В.Склизкову, А.В.Гуревичу за интерес к работе и полезные обсуждения, А.Б.Гильваргу, Е.В.Аглицкому, К.Н.Кошелеву, С.И.Федотову, Ю.А.Михайлову, А.Е.Тер-Оганесяну,

A.В.Виноградову. А.А.Петрову, С.И.Кузнецову, С.В.Лебедеву, С.Бланду, Д.Читтендену, М.Хайнсу, Д.Абдаллаху, Б.Кази, Д.Кьюти, Д.Калантару, В.Л.Канцыреву, А.С.Сафроновой,

C.Хансен, А.Г.Русских, Р.Б.Бакшт, А.И.Ерко, Л.Е.Аранчуку, Ю.И.Дудчику,

B.Е.Асадчикову, Ч.Гэри, А.Бартнику, Л.Карпински К.Яху за помощь в работе и плодотворные дискуссии.

1. W.H. Bennett, "Magnetically self-focusing streams", Phys. Rev. 45, 890 (1934).

2. Л.А.Арцымович, «Управляемые термоядерные реакции», Гос. Изд. Физ.-мат. литературы, Москва, 1961.

3. D.Mosher, SJ.Stephanakis, I.M.Vitkovitsky, C.M.Dozier, L.S.Levino, D.J.Nagel, "X-radiation from High-Energydensity Exploded-Wire Discharge", Appl.Phys.Lett. 23,429, 1973.

4. С.М.Захаров, А.А.Коломенский, С.А.Пикуз, В.М.Романова, А.И.Самохин, "Возбуждение рентгеновских спектров многозарядных ионов при взрыве проволочки в диоде сильноточного электронного ускорителя "Дон", Письма в ЖТФ, т.6(20), 1223-1226 1980.

5. И.К.Айвазов, М.Б.Бехтев, В.В.Булан, «Сжатие многопроволочных лайнеров на многомодульном комплексе «Ангара-5-1»», Физика плазмы, 16(6), 645-654,1990.

6. J.L.Porter, R.B;Spielman, M.F.Vargas, M.K.Matzen, Review of Scientific Instruments, "Development of a sodium z-pinch load for use on the Saturn accelerator", 63(12), 5703 5709, 1992.

7. P.J.Burkhalter, J.Shiloh, A.Fisher, R.D.Cowan, "X-Ray Spectra from a Gas-Puff Z-Pinch Device", J.Appl.Phys., 5(7), 4532 4540, 1979.

8. А.Бартник, Г.В.Иваненков, Л.Карпински, С.А.Пикуз, Т.А.Шелковенко, "Сжатие полых газовых оболочек в микросекундном генераторе рентгеновского излучения", Квантовая электроника, .20(11), 1121- 1126, 1993.

9. С.М.Захаров, Г.В.Иваненков, А.А.Коломенский, С.А.,Пикуз, А.И.Самохин, «Генерация плотной высокотемпературной плазмы при сжатии лазерного факела в диоде сильноточного ускорителя», Письма в ЖТФ. 8(6), 359 363,1982.

10. С.М.Захаров, Г.В.Иваненков, А.А.Коломенский, С.А.Пикуз, А.И.Самохин, "Пинчеванне плазмы лазерного факела в диоде сильноточиого ускорителя", Физика плазмы, 10(3), 522-528,1984.

11. S.V.Lebedev, S.N.Bland, F.N.Beg, J.P.Cittenden, A.E.Dangor, M.G.Haines, S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko "Effect of core-corona plasma structure on seeding of instabilities in wire array Z pinches", Phys. Rev. Lett. 85 (1), p. 98-101, 2000.

12. С.М.Захаров, А.А.Коломенский, С.А.Пикуз, А.И.Самохин, «Генерация мягкого рентгеновсеого излучения в сильноточном капиллярном разряде» Письма в ЖТФ, 6(18), 1135-1139, 1980.

13. J.J.Rocca, D.C.Beethe, M.C.Marconi,"Proposal for soft-X-ray and XUV lasers in capillary discharges", Optics Letters, 13(7), 565-572, 1988.

14. П.В.А.Бурцев, В.А.Грибков, Т.И.Филиппова, «Высокотемпературные пинчевые образования», Сб. Итоги науки и техники, Серия физика плазмы, т.2. 80 137, М., 1981.

15. U.Feldman, M.Swartz, L.Cohen, Rev.Sci.Instr., 38(10), 1372 1373, 1967.

16. Е.Д.Короп, Б.Э.Мейерович, Ю.В.Сидельников, С.Т.Сухоруков, «Микропинч в сильноточном диоде», УФН, 129(1), 87 112, 1979.

17. E.V.Aglitsky, P.S.Antsiferov, A.M.Panin, "X-Ray Spectro of He-like Ions of Ga and Ge, Excited in the low-Inductance Spark Plasma", Optics Communications, 50(1), 16-18,1984.

18. R.B.Spielman, C.Deeney, G.A.Chandler, M.R.Douglas, D.L.Fehl, M.K.Matzen et al., "Tungsten wire-array Z-pinch experiments at 200 TW and 2 MJ", Physics of Plasmas, 5(5), p 2105-2116, 1998.

19. V.I.Oreshkin, R.B.Baksht, N.A.Ratakhin, A.Ya.Labetsky, A.G.Rousskukh, A.V.Shishlov, K.V.Khishchenko, P.R.Levashov, I.V.Glazyrin, I.I.Beilis, "The thermal resistivities on electrical explosion of metal wires", DZP2006, AIP Conf. Proc. 808,103-106,2006.

20. K.N.Koshelev and N.R.Pereira, "Plasma points and radiative collapse in vacuum sparks", J. Appl. Phys. 69, R21,1991.

21. D.D.Ryutov, M.S.Derzon, M.K.Matzen, "The physics of fast Z pinches", Reviews of Modern Physics, 72(1), 167-223,2000.

22. M.K.Matzen, M.A.Sweeney, R.G.Adams, J.R.Asay et al., "Pulsed-power-driven high energy density physics and inertial confinement fusion research", Physics of Plasmas, 12(5), 55503-1-16,2005.

23. S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, A.R.Mingaleev, V.M Romanova, B.M.Song, K.M.Chandler, M.D.Mitchell and D.A.Hammer, "The X pinch as an x-ray source for point-projection radiography", Channeling 2004, Proceedings of SPIE, 59740L, 2005.

24. D.H.Kalantar, D.A.Hammer, K.C.Mittal et al., "K-shell x-ray yield for aluminum x-pinch plasmas", J. Appl. Phys., vol. 73, pp. 8134-8138, 1991.

25. C.Christou, A.E.Dangor and D.A.Hammer, "Characterization of wire x-pinches driven by a microsecond-long capacitive discharge," J. Appl. Phys., vol. 87, pp. 8295-8303,2000.

26. I.H.Mitchell, R.Aliaga-Rossel, R.Saavedra, H.Chuaqui, M.Favre, E.S.Wyndham, "Investigation of the plasma jet formation in X-pinch plasmas using laser interferometry", Physics of Plasmas, 7(12), 5140-5147,2000.

27. I.H.Mitchell, R.Aliaga-Rossel, J.Gomez et al., "X Ray Emission from X Pinch Experiments on the Llampudken Generator," Proc. 5th Int. Conf. on Dense Z-Pinches, pp.145152, 2002.

28. V.L.Kantsyrev, D.A.Fedin, A.S.Shlyaptseva, S.Hansen, D.Chamberlain and N.Ouart, "Energetic electron beam generation and anisotropy of hard x-ray emission from 0.9 to 1.0 MA high-Z X pinches," Phys. Plasmas, vol. 10, pp. 2519-2526, 2003.

29. V. Kantsyrev, A. Safronova, V. Ivanov et al., "Radiative properties of asymmetric and symmetric X-pinches with two and four wires recently produced on the UNR 1 MA ZEBRA generator", J. Quant. Spect. Rad. Transf., 99(1-3), 349-362,2006.

30. R. Appartaim, DPP02-LP 1.046, and private communication

31. А. Г. Русских, ИСЭ CO АН, частное сообщение, 2002.

32. A.V.Kharlov, B.M.Kovalchuk, V.B.Zorin, " A compact High Current Generator for X-ray Radiography" in Proceedings of 13711 Conf. On High Current Electronics, Tomsk 2004.

33. F.N.Beg, K.Krushelnik, P.Lichtsteiner et al., Table-top X-pinch for X-ray radiography," Appl. Phys. Lett., vol. 82, pp. 4602-4604,2003.

34. L.E.Aranchuk, A.S.Chuvatin, and L.Larour, "Compact submicrosecond, high current generator for wire explosion experiments", RSI, vol. 75, pp. 69-74, 2004.

35. F.N.Beg, R.Stephens, Z.Karim, S.Eddinger and H.Huang, "A Compact X pinch X-ray Source for Characterization of Inertial Confinement Capsules," DZP2005, AIP Conference Proceedings 808, 125-128,2006.

36. T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, J.D.Douglass, R.D.McBride and D.A.Hammer, "Multiwire X Pinches on the COBRA Pulsed Power Generator", DZP2005, AIP Conference Proceedings 808,153-156,2006.

37. S.V.Lebedev, S.N.Bland, F.N.Beg, J.P.Chittenden, A.E.Dangor, M.G.Haines, S.A.Pikuz and T.A.Shelkovenko," X-ray backlighting of wire array Z-pinch implosions using X pinch " Rev. Sci. Instrum., vol. 72, pp. 671-673,2001.

38. V.V.Aleksandrov, I.N.Frolov, M.V.Fedulov et al.,"Prolonged Plasma production at Current-Driven Implosion of Wire Arrays on Angara-5-1 Facility," IEEE Trans. Plasma Sci., vol. 30, pp.559-566,2002

39. J.D.Douglass, J.B.Greenly, DAHammer, R.D.McBride, S.A.Pikuz and T.A.Shelkovenko, "The Imaging of Z-Pinches Using X-Pinch Backlighting," DZP2005, A1P Conference Proceedings 808,129-132,2006

40. С.А.Пикуз, «Анализ интенсивностей линий в сателлитных структурах К спектров и расшифровка сложных L и М спектров многозарядпых ионов лазерой плазмы», Кандидатская диссертация, ФИАН, 1978.

41. P.G.Burkhalter, C.M.Dozier, D.J.Nagel, "X-ray spectra from exploded-wire plasmas", Phys. Rev. A 15(2), 700 717,1977.

42. С.М.Захаров, Г.В.Иваненков, АА.Коломенский, С.А.Пикуз, А.И.Самохин, "Исследование взрывающихся проволочек в диоде сильноточного ускорителя", Физика плазмы, 9(3), 469 476, 1983.

43. Р.Б.Бакшт, И.М.Дацко, А.Ф.Коростелев, В.В.Лоскутов, А.В.Лучипский, Г.А.Месяц, В.К.Петин, «Мягкое рентгеновское излучение при паносекундном взрыве тонких проводников», Письма в ЖТФ, 6(18), 1109 1112, 1980.

44. И.К.Айвазов, Л.Е.Аранчук, С.Л.Боголюбский, Г.С.Волков, «Кольцевые образования в короне проволочки, взорванной током», Письма в ЖЭТФ, 41(3), 111 114, 1985.

45. В.А.Бойко, С.М.Захаров, А.А.Коломенский, С.А.Пикуз, А.И.Самохин, А.Я.Фаенов, С.Ю.Хахалин, «О возможности использования излучения "взрывающейся проволочки" для рентгенолитографии», Письма в ЖТФ, 8(3), 129 133, 1982.

46. В.М.Романова, «Экспериментальные исследования Х-пинча в сильноточном диоде», Кандидатская диссертация, ФИАН, Москва, 1996.

47. G.V.Ivanenkov, W.Stepnewski, "A radiative magnetohydrodynamical two-dimensional model for imploding plasma loads type of exploded wires, L.Moscow Phys.Soc. 9.337-360,1999.

48. SA.Pikuz, T.A.Shelkovenko, V.M.Romanova, B.Etlicher, S.Attelan, A.S.Chuvatin,

49. A.Ya.Faenov, I.Yu.Skobelev, "Soft x-ray spectroscopic investigations in experiments on Z-pinch stabilization", Physica Scripta, vol. 53, p. 508-512,1996.

50. Т.А.Шелковенко, И.Ю.Скобелев, С.А.Пикуз, Б.Этлишер, А.Я.Фаенов, С.Аттелан,

51. B.М.Романова, А.С.Чуватин, "Реитгеноспектроскопическое исследование стабилизации плазменного столба в сложном Z-пинче", Квантовая электроника, т.23, вып.2, с. 137-142, 1996.

52. N.QL D.A.Hamme^ D.H.Kalantar, G.D.Rondeau; J.B.Workman; M.C.Richardson; Hong Chen, "X-ray source characterization of aluminium X-pinch plasmas driven by the 0.5 TW Lion accelerator", AIP Conference Proceedings, 195,71-79,1989.

53. N.Qij D.A.Hamme^ D.H.Kalantar, G.D.Rondeau; R.C.Mittal, "Characterization of X-pinch plasma", Review of Scientific Instruments, 61(10), 2815-2819,1990.

54. D.H.Kalantar, D.A.Hammer, A.E.Dangor, J.M.Bayley and F.N.Beg, "Dynamics of an X-pinch plasma from time-resolved diagnostics," Proc. 3rd Int. Conf. on Dense Z-Pinches, pp. 604-611,1994.

55. А98. T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, A.R.Mingaleev, D.A.Hammer„and B.R.Kusse, "Studies of multiwire array plasma formation using X-ray backlighting", BEAMS'98 Proc., p. 676 -679,1998.

56. T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, A.R.Mingaleev, and D.A.Hammer, "Structure on the dense residual wire core during exploding wire plasma formation", Proc. of ICOPS, p. 121.1998.

57. S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, A.R.Mingaleev, D.A.Hammer, and H.P.Neves, 'Density measurements in exploding wire-initiated plasmas using tungsten wires", Phys. Plasmas, 6 (11), 4272-4283, 1999.

58. Y.S.Dimant, S.A.Pikuz, TAShelkovenko, D.B.Sinars, J.B.Greenly, and D.A.Hammer, "Formation of highly structured dense cores from exploding wires with 1-5 kA per wire", IEEE International Conference on Plasma Science, p. 308.1999.

59. J.B.Greenly, TAShelkovenko, S.A.Pikuz, D.B.Sinars, and D.A.Hammer, «Studies of late time behavior of exploding wires using X-ray backlighting», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 308,1999.

60. D.A.Hammer, S.A.Pikuz, T.A.SheIkovenko, J.B.Greenly, D.B.Sinars, and

61. A.R.Mingaleev, «Х-ray backlighting density measurements of tungsten and aluminum wire and wire array Z-pinches», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 309,1999.

62. V.M.Romanova, S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, Mih Hu, D.B.Sinars, B.R.Kusse. Ya.S.Dimant. J.B.Greenly, D.A.Hammer, Y.S.Dimant, and A.R.Mingaleev, "Optical probing of exploding wires using schlieren and interferometric imaging: APS-DPP99, FP1.07,1999.

63. B.R.Kusse, M.Hu, S.A.Pikuz, D.B.Sinars, K.M.Chandler, J.B.Greenly, D.A.Hammer, and T.A.Shelkovenko, «Optical measurements of the properties of exploding wires», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 139.2000.

64. S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, D.B.Sinars, D.A.Hammer, К M.Chandler, and M.Hu, «Measurements of the structural evolution of X pinches and the formation of radiating hot spots», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 138.2000.

65. T.A.,Shelkovenko, S.A.Pikuz, D.B.Sinars, I.Y.SKobelev, D.A.Hammer, K.M.Chandler, and M.Hu, «Spectroscopic investigations of X-ray radiation from X pinches», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 138.2000.

66. D.B.Sinars, T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, J.B.Greenly, D.A.Hammer, «Exploding aluminum wire expansion rate with 1-4.5 kA per wire», Phys. Plasmas, 7(5), p.1555-1563, 2000.

67. D.B.Sinars, T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, Min Hu, V.M.Romanova, K.M.Chandler, J.B.Greenly, D.A.Hammer, B.R.Kusse "The effect of insulating coatings on exploding wire plasma formation", Phys. Plasma, 7 (2), p.429-432, 2000.

68. T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, D.B.Sinars, К M.Chandler, and D.A.Hammer, «X pinch: a source of 1-10-keV x rays», Proceedings of the SPIE The International Society for Optical Engineering, v. 4504, 180-187, 2001.

69. T.A.Shelkovenko, D.B.Sinars, S.A.Pikuz, K.M.Chandler, G.V.Ivanenkov, W.Stepniewski, and D.A.Hammer, «Х-pinch dynamics: experiment and simulation», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 195. 2001.

70. T.A.SheIkovenko, D.B.Sinars, S.A.Pikuz, K.M.Chandler, and D.A.Hammer, «Point-projection X-ray radiography using an X pinch as the radiation source», Review of Scientific Instruments, v. 72 (1), p. 667 670,2001.

71. M.D.Mitchell, K.M.Chandler, T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, and D.A.Hammer, «Exploring Parallel X-pinch Coupling», APS-DPP01, RP1.102, 2001.

72. S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, D.B.Sinars, K.M.Chandler, and D.A.Hammer, «Phase-contrast x-ray radiography using the X pinch radiation», Proceedings of the SPIE The International Society for Optical Engineering, v. 4504, 234 - 239, 2001.

73. K.M.Chandler, D.A.Hammer, D.B.Sinars, S.A.Pikuz and T.A.SheIkovenko, "The Relationship Between Exploding Wire Expansion Rates and Wire Material Properties at High Temperature", IEEE, Transactions on Plasma Science, 309 (2), p.577-587,2002.

74. K.M.Chandler, D.B.Sinars, S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, and D.A.Hammer, «Time-dependent continuum radiation spectrum of X-pinch bright spots», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 152,2002.

75. T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, D.B.Sinars, K.M.Chandler, M.D.Mitcheli, B.M.Song, D.A. Hammer, «The X pinch as a point source for point-projection X-ray radiography», AIP Conference Proceedings of 5-th Intern. Conf. on Dense Z-pinches, p.141-143,2002.

76. B.M.Song, S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, and D.A.Hammer, «Small size X-pinch Radiation source for application to phase-contrast x-ray radiography of biological specimens», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 868,2002.

77. T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, K.M.Chandler, D.A Hammer, M.D.Mitchell, and B.M.Song, «X pinch source characteristics for X-rays above 10 keV», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 370,2003.

78. M.D.Mitchell, S.V.Lebedev, S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, and D.A.Hammer, «Ablation dynamics of a single wire with closely coupled return current», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 189, 2004.

79. S.A.Pikuz, B.M.Song, T.AShelkovenko, K.M.Chandler, M.D.Mitchell, and D.A.Hammer, «X pinch source size measurements», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 25, 2004.

80. T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, V.M.Romanova, G.V.Ivanenkov, B.M.Song, K.M.Chandler, M.D.Mitchell, and D.A.Hammer, «X pinch source characteristics for x-rays above 10 keV», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 36, 2004.

81. S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, D.A.Hammer, B.M.Song, K.M.Chandler, M.D.Mitchell, G.V.Ivanenkov, W.Stepnewski "Investigation of X-pinch micropinch dynamics using an x-ray streak camera", APS-DPP04, LP1.150,2004.

82. T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, V.M.Romanova, G.V.Ivanenkov, B.M.Song, K.M.Chandler, M.D.Mitchell and D.A.Hammer, X pich source characteristics for x-rays above 10 keV" Proceedings of SPIE, 5196, 36 43, 2005.

83. K.M.Chandler, S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, M.D.Mitchell and D.A.Hammer, "Cross calibration of new x-ray films against direct exposure film from 1 to 8 kev using the x-pinch x-ray source", Review of Scientific Instruments 76 (2005), 113111-18, 2005.

84. J.P.Chittenden, S.V.Lebedev, J.Ruiz-Camacho, F.N.Beg, S.N.Bland, C.A.Jennings, A.R.Bell, M.G.Haines, S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, D.A.Hammer, "Plasma formation in metallic wire Z pinches" Phys. Rev. E, 61 (4), p.4370-4380,2000.

85. S.V.Lebedev, S.N.Bland, F.N.Beg, J.P.Cittenden, A.E.Dangor, M.G.Haines, S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko "Effect of core-corona plasma structure on seeding of instabilities in wire array Z pinches", Phys. Rev. Lett. 85 (1), p. 98-101, 2000.

86. S.V.Lebedev, F.N.Beg, S.N.Bland, J.P.Chittenden, A.E.Dangor, M.G.Haines, K.H.Kwek, S.A.Pikuz, and T.A.Shelkovenko, «Effect of discrete wires on the implosion dynamics of wire array Z pinches: Physics of Plasmas, 8 (8), 3734 3747,2001.

87. S.V.Lebedev, F.N.Beg, S.N.Bland, J.P.Chittenden, A.E.Dangor, M.G.Haines, S.A.Pikuz, and T.A.Shelkovenko, «Plasma formation and the implosion phase of wire array z-pinch experiments: Laser and Particle Beams», 19(3), 355 376 2001.

88. S.V.Lebedev, S.N.Bland, F.N.Beg, J.P.Cittenden, A.E.Dangor, M.G.Haines, S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko " X-ray backlighting of wire array Z-pinch implosions using X pinch " Rev. Sci. Instr., 72 (1), 671-673,2001.

89. S.N.Bland, DJ.Ampieford, S.C.Bott, S.V.Lebedev, J.B.A.Palmer, S.A.Pikuz, and T.A.Shelkovenko, «Extreme ultraviolet imaging of wire array z-plnch experiments», Review of Scientific Instruments, 75(10), 3941 -3943,2004

90. А180. T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, G.V.Ivanenkov, A.R.Mingaleev, V.M.Romanova, A.E.Ter-Oganesyan, K.M.Candler, M.D.Mitchell, D.A.Hammer, "Electron beams in X-pinches" Proc. Of BEAMS2004, 7031, 2004.

91. V.M.Romanova, S.A.Pikuz, A.E.Ter-Oganesyan, A.R.Mingaleev, T.A.Shelkovenko, S.I.Tkachenko, Nanosecond electrical explosion of micron diameter wire, Czechoslovak Journal of Physics 56, no. Suppl. В, B349-B356, 2006

92. V.M.Romanova, S.I.Tkachenko, S.A.Pikuz, A.R.Mingaleev, A.E.Ter-Oganesyan, T.A.Shelkovenko, "Laser Probing of nanosecond wire explosion" DZP2006, AIP Conference Proceedings 808, 107 110,2005.

93. S.I.Tkachenko, A.R.Mingaleev, A.E.Ter-Oganesyan, T.A.Shelkovenko, V.M.Roma-nova, S.A.Pikuz, "Current-driven explosion of micron size wires in different external media", DZP2006, AIP Conference Proceedings 808, 111 -114, 2005.

94. Yu.L.Bakshaev, P.I.Blinov, A.S.Chernenko, S.A.Dan'ko, Yu.G.Kalinin, V.D.Korolev, V.I.Tumanov,, A,Yu,Shashkov, A.V.Chesnokov, M.I.Ivanov, "Diagnostic arrangement on S-300 facility", Review of Scientific Instruments, 72(1), 1210-1213,2001.

95. S.A.Pikuz, «Reply to "Some critical remarks about the paper, 'A simple air wedge shearing interferometer for studying exploding wires' "», Review of Scientific Instruments, 74(6), 3192-3193,2003,

96. В.А.Бойко, С.А.Пикуз, А.Я.Фаенов, «Использование спектрографа с выпуклым кристаллом как камеры-обскуры со спектральным разрешением», ПТЭ, 18(5), 222-224,1975.

97. Л.М.Беляев, А.Б.Гильварг, Ю.А.Михайлов, С.А.Пикуз, Г.В.Склизков, А.Я.Фаенов, С.И.Федотов «Фотографирование лазерной плазмы с помощью кристалла-анализатора изогнутого по поверхности второго порядка», Квантовая Электроника, 3(9), 2057 2059,1976.

98. Ю.А.Михайлов, С.А.Пикуз, А.Я.Фаенов, С.И.Федотов, «Фокусирующий спектрограф для регистрации рентгеновского излучения лазерной плазмы в диапазоне длин волн короче ЗА», ПТЭ, 19(6), 174- 176,1976.

99. Л.М.Беляев, А.Б.Гильварг, Ю.А.Михайлов, С.А.Пикуз, Г.В.Склизков, А.Я.Фаенов, С.И.Федотов «Регистрация рентгеновских спектров с одно- и двумерным пространственным разрешением с помощью сферического кристалл-анализатора», ПТЭ, 20(3), 212-215, 1977.

100. V.A.Boiko, A.Ya.Faenov, and S.A.Pikuz, «X-ray spectroscopy of multiply-charged ions from laser plasmas», Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 19(1), 11 -50, 1978.

101. В.А.Бойко, С.А.Пикуз, А.Я.Фаенов, «Дисперсионные рентгеновские фотографические системы», ПТЭ, 21(2), 232 235, 1978.

102. К.Гетц, Ю.А.Михайлов, С.А.Пикуз, Г.В.Склизков, АЛ.Фаенов, СИ.Федотов, Е.Фёрстер, П.Цаумзайль, «Использование высококачественных кристаллов для рентгеновской спектроскопической диагностики лазерной плазмы», ПТЭ, 21(3), 201 207, 1978.

103. В.А.Бойко, С.А.Пикуз, А.Я.Фаенов, «Спектральные разложение рентгеновского излучения плазменных микроисточников (обзор)», ПТЭ, 23(2), 5 -24,1980.

104. В.А.Бойко, Б.А.Брюнеткин, А.Б.Гильварг, С.А.Пикуз, И.Ю.Скобелев, А.Я.Фаенов, К.А.Шилов, «Исследование отражательных характеристик изогнутых кристаллов-анализаторов с помощью лазерной плазмы», ПТЭ, 26(6), 179- 181,1983.

105. В.А.Бойко, А.В.Виноградов, С.А.Пикуз, И.Ю.Скобелев, А.Я.Фаенов, «Рентгеновская спектроскопия лазерной плазмы», (ред. Н.Г.Басов), Итоги Науки и техники. Радиотехника, том 27, ВИНИТИ, Москва, 1980.

106. V.A.Boiko, A.V.Vinogradov, S.A.Pikuz, I.Yu.Skobelev, A.Ya.Faenov, "X-ray Spectroscopy of Laser-Produced Plasma", J. of Sov.Las.Res., 6(2), 83 276, 1985.

107. A.Я.Фаенов, Т.А.Шелковенко, "Использование прозрачной дифракционной решетки для спектроскопии плазмы быстрого Z-пинча", Письма в ЖТФ, 17(19), 16-20, 1991.209**. Ю.А.Агафонов, Б.А.Брюнеткин, А.И.Ерко, А.Р.Мингалеев, С.А.Пикуз,

108. M.Sanchez Del Rio, A.Y.Faenov, V.M.Dyakin, T.A.Pikuz, S.A.Pikuz, V.M.Romanova, and T.A.Shelkovenko, «Ray-tracing for a monochromatic X-ray backlighting scheme based on spherically bent crystal», Physica Scripta, 55,735 740,1997.

109. T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, D.A.Hammer, D.J.Ampleford, S.N.Bland, S.C.Bott, J.P.Chittenden, and S.V.Lebedev, «Use of spherically bent crystals to diagnose wire array z pinches», Review of Scientific Instruments, v. 75(10), 3681 3683,2004.

110. B.Edlen, "Wavelength measurements in Vacuum Ultraviolet", Reports Progr. Phys. 26,181,1963.

111. B.Edlen, "Atomic Spectra", Handbuch der Physik, Bd.27, Berlin, 1964.

112. A.I.Erko, V.V.Aristov, B.Vidal, "Diffraction X-ray optics", IOP Publishing, Bristol, UK, 1996.

113. Боровский, «Физические основы рентгеноспектральных исследований», Изд. МГУ, 1956.236. «Рентгеновские лучи» под ред. М.А.Блохина, ИЛ, Москва, 1960.

114. Y.Aglitskiy, S.Obenschain, V.Yunkin, "Bent Bragg-Fresnel lenses for x-ray imaging diadnostics" Rev. Sci. Instr., 74(3) 2228-2231, 2003.

115. Y.Kohmura, M.Awaji, Y.Suzuki, T.Ishikawa, Yu.I Dudchik, N.N.Kolchevskiy, F.F.Komarov, "X-ray focussing test and x-ray imaging test by a microcapiilary x-ray lens at an undulator beamline", Rev. Sci, Instr., 70(11), 4161 -4167, 1999.

116. B.L.Henke, S.L.Kwok, J.Y.Uejio, H.T.Yamada, G.C. Young, "Low-energy x-ray responseof photographic films. I. Mathematical models", J. Opt. Soc. Am. B, 1(6), 818-827,1984.

117. B.L.Henke, F.G.Fujiwara, M.A.Tester, C.H.Dittmore, M.A.Palmer, " Low-energy x-ray responseof photographic films. II. Experimental characterization", J. Opt. Soc. Am. B, 1(6), 828-849,1984.

118. B.L.Henke, J.Y.Uejio, G.F.Stone, C.H.Dittmore, F.G.Fujiwara, " High-energy x-ray responseof photographic films: models and measurement", J. Opt. Soc. Am. B, 3(11), 1540-1550, 1986.с242. http:://www.cxro.lbl.gov

119. R. B. Spielman, L. E. Ruggles, R. E. Pepping, S. P. Breeze, J. S. McGurn, and K. W. Struve, "Fielding and calibration issues for diamond photoconducting detectors for soft X-ray diagnostics.", Rev. Sci. Instrum. 68(3), 782-786, 1997.

120. D.B.Sinars, "Time resolved measurements of the parameters of bright spots in X-pinch plasma", Ph.D. Dissertation, Cornell University, 2001.

121. Snigirev, V.Kohn, I Snigireva, B.Lengeler, "A component refractive lens for focussing high-energy X-ray", Nature, 384,49-51, 1996.

122. Г.СЛандсберг, Оптика, M. 1980.247** С.А.Пикуз, Т.А.Шелковенко, Д.Б.Синарс Д.А.Хаммер, «Временные характеристики рентгеновского излучения X пинча», Физика Плазмы, 32(12), 1106-1120 2006.248 http://www.prism-cs.com/Software/PrismSpect/PrismSPECT.htm

123. T.D.Boucheron, "ALEGRA: User input and physics descriptions", v.4.2, SAND2002-2775, Sandia National Laboratories, NM, 2002.

124. J.Musk, "MHD simulations of cold start, single wire explosion using ALEGRA", PhD Dissertation, Cornell University, 2004

125. S.Yu.Gus'kov, G.V.lvanenkov and W.Stepniewski, "Physical aspects of high intensity emission from x-pinch", Proceed, of SP1E 5974, pp. 59740T59741-59710, 2005

126. G.V.lvavnenkov, W.Stepnewski, S.A.Pikuz, S.Yu.Gus'kov, DZP2005, A1P Conference proceedings, 808,133-136,2006.