Исследование многозарядных ионов четырехэлементной плазмы, образованных излучением лазера тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

14 о ид

I .< НОЯ 1305

ЛкПДС'МПН П.тук ГсСИуО.ЦИКИ УнГк-К11С 1.111

(пу1г.д теплофизики

им 1ф;шд\ рукописи

ДЛПЛЕТОН И к ром ЮсуПоппч

УДК 621. .47.1. «26: 5.13. 952

ИССЛЕДОВАН И Е МНОГОЗА РЯДНЫХ 110 Н О В Ч ЕГГЫ РЁХЭЛ ЕМ ЕНТН0 Й ПЛАЗМЫ, ОБРАЗОВАННЫХ ИЗЛУЧЕНИЕМ ЛАЗЕРА

('тчшалышп I. (II. II I. 21 — ".чмаерпмн фпиикм"

А Н Т С) I' Е Ф Е 1> А Т дмссгртпцнп нп гопскпинс учёной пенсии кмидмдмтм (|)м:ш|;о—мм юммтмчоских мм у к

Ташкент—1995

Работа выполнена и научи»—исследовательском институте Прикладное Физики Ташкентского Государственного Ушшерсптета

Научные руководители: доктор физнко—математических паук, профессор М. I». ВЕДИЛОВ кандидат физнко—математических паук Р. Т. ХАЙД Л РОИ

Официальные оппоненты: доктор физнко—математических наук,

профессор А. Т. МНРЗАЕ1! кандидат фнзико—математических наук Л. Ф. ИСКАНДЕРОВ

Ведущая организации: Ташкентский Государственный Технический Университет им. А. 15. Керупнп

Защита состоится "¿3 " /¿¿»-///Я/ 1905 г. и / & часои н; заседании Специализированного сонета ДК 015. 90. 21 при Отдеж теплофизики Академии наук Республики Узбекистан по лдресу: 700135 Ташкент, м—в Чнланзар—Ц, ул. Катартал, 28.

С диссертацией можно ознакомиться и Фундаментальной библиотеке Аьа дсмии наук Республики Узбекистан (700170, Ташкент, ул. Мумниова, 13)

Автореферат разослан "/У" ¿¿"Г-Гр^? 1995 г.

Учёный секретарь Специализированного сонета доктор фш, —мат. наук X'. Т. ИГЛМЫТДШЛ

ОГЭДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Ак17Дльносхь_леш.. Одной из актуальных залам современной лазерной физики является использование мощного лазерного излучения для получения и нагревания плазмы. Такой' повьн шенный интерес к ней обусловлен созданием управляемого' тер-' моядерного синтеза, эффективных источников рентгеновского;- • нейтронного излучений, многозарядных ионов, лазеров на ; многозарядных переходах, плазменных лазеров и др.

Следовательно, исследования ионизационных, рекомбинационных, ускорительных процессов в плазме, получаемой .излуч чением лазера, позволяют выяснить механизм разогрева плазмы до высоких температур и образования многозарядных ионов. Образование и разлет многозарядных ионов в плазме, генерированные мощным излучением лазера, сопровождаются сложными процессами, где определяющую роль играот такие явления' • как ■ ионизация атомов, рекомбинация, а также "закалка" ионизационного состояния. Особенно эффективное протекание "закалки" ионизационного состояния многозарядных ионов в плазме даят возможность зарегистрировать их на больших расстояниях относительно мишени. Отметим, что в случае моноэлементной мишени установлено сильное увеличение рекомбинационных '-потерь для ионов с наиболее высокими кратностями заряда с 1>3, которые приводят к уменьшению их интенсивное™, поэтому в масс-спектрах их интенсивность всегда меньше, чем у однозарядных.

Пути управления плотностями мощности излучения лазера' и' I выбором различной мишени моноэлементного состава не -дали у ожидаемого эффекта по уменьшению рекомбинационных' потерь';' многозарядных ионов и, следовательно, увеличению их интен-; сивности. Однако, с изменением угла падения, длины волны, ■и -путем применения двухканального лазерного излучения удалось ■ 1 уменьшить рекомбинационные потери многозарядных ионов в • моноэлементной лазерной плазме. Сравнительный анализ различ-I ных типов источников ионов, в особенности многозарядных,-по-| казывает перспективность применения лазерного источника ио-| нов в исследованиях по программе тяжелоионного инерциапьно-| го синтеза. Для этого необходимо, прежде всего, эксперимвн-

1

I

тально определить основные характеристики потока тяжелых :нов лазерной плазмы: длительность, величину ионных токо

• '"-другие: Исследования таких источников важны с точки зр

' использования их в ускорителях различных типов. ■ Как из! .тно; количество однозарядных ионов в моноэлементной ла?а] • плазме на 2-3 порядка больше, чем количество многоларя,

• ионов. Такая ситуация может приводить к нежелательном зф там в системе выделения многозарядного пучка, а также к регрузке ускорительной трубки током низкозарядных ионов, этой связи возникает проблема изменения первоначального рядового состава пучка перед входом в ускорительную тр: так, чтобы относительное количество многозарядных ионо! пучке уменьшалось, а количество высокозарядных ионов ост; лось без изменений.

Одним из основных путей решения проблемы получения 1 гозарядных ионов с помощью излучения лазера является у< ■ новление роли взаимного влияния ионов различных кратно« •заряда и элементного состава в многоэлементной плазме. ( ременное состояние работ по изучению ионизационных про! сов в плазме, получаемой излучением лазера, показывает, в исследованиях проведенных в основном с использованием шени моноэлементного состава, не освещена роль взаим! влияния ионов различных элементов, одновременно участву! в процессах ионизации, рекомбинации и "закалки". Из вьпш ложенного следует необходимость исследования ионизацио! процессов в лазерной плазме многоэлементного состава п; изучения зарядового состава, энергетического спектра, 1 менных, скоростных характеристик в широком интервале т метров излучения лазера, выяснения взаимного влияния и< различных элементов на характеристики многозарядных ионо| Нелмп лисгеотанионнпй работы является экспериментал! исследование физических процессов, приводящих к образов; многозарядних ионов (МЗЮ из моно-( У, Си, Но, А1) и четырех: ментных мишеней под воздействием излучения лазера с плоп тью мощности С1=108-Ю11 Вт/см2 и различных углах падения ча лазера на мишень (а^=18° и 0°) и основанная на этом ра: ботка рекомендаций для повышения эффективности лазер! масс-спектроматрического метода анализа, способствующая !

ширению функциональных возможностей.

Научная нопиянд диссертационной работа заключается в сле-дущем:

1. Впервые методом корпускулярной диагностики эксперимент тально исследовано влияние угла падения («"= 18° и 0°)"излуче-ния лазера на формирование основных характеристик МЗИ :лазера• ной плазмы. При этом установлен эффект увеличения интенсивности fколичества) МЗИ ( Z>2 ) и расширения их энергетического спектра, а также регулируемость количества ионов определенной кратности заряда.

2. Показано, что количество однозарядным ионов в 5-10 раз ; меньше, чем высокозарядных ионов, образованных излучением лазера ИЛТИ-207, независимо от угла падения излучения лазера на поверхность мишени. Выявлена роль нагрева, ионизации и : "закалки" степени ионизации в образовании МЗИ излучением ла-' : зера.

3. Впервые исследованы физические процессы приводящие к образованию МЗИ из moho- (Y,Си,Но,Al) и четырехэлементных мишеней под воздействием излучения лазера с плотностью мощности Вт/см2. Получены основные характеристики МЗИ ( зарядовые, энергетические, временные, скоростные, пороговые и др) из четырехэлементной плрзмы в зависимости- от плотности мощности излучения лазера при о^=0°. Установлено уменьшение Zmax u Emax ионов четырехэлементной плазмы относительно ионов моноэлементных в результате, потери их энергии на кулоновских столкновениях.

4. Выяснено, что при вхождении кислорода в четырехэлемен-тную мишень во внедренном состоянии ионы кислорода образуют^'; ся в результате перезарядки МЗИ тяжелых компонентов четырехэлементной мишени на нейтральном атоме газа. Выявлен пороговый характер образования ионов с ЪА из moho- (Y,Си,Но)и четырехэлементной мишени в зависимости от плотности мощности лазера, который имеет место при последовательном одноэ-лектронном механизме ионизации атомов (ионов) излучением'лазера.

Основные положения.йынпсимые на защиту:

1. Разработанная экспериментальная установка, позволяющая получать лазерную многозарядную плазму при плотностях

мощности лазера q=108 - 101J- Вт/см2, при у г лак падения излучения лазера и 18° осуществляет ввод излучения лазера в камеру и вывод потока ионов из камеры под углом o¿=18° и 0°, исследовать основные характеристики МЗИ с Z=l-6 из моно-'¿и многоэлементной мишени, образованные излучением лазера. • 'К ,2. Экспериментально установленные явления увеличения интенсивности С количества ) и энергии ионов Al с 2>Л при перпендикулярном падении излучения лазера относительно o¿=18° на мишень. Предлагаемый механизм явления, который связан с использованием излучения лазера, кроме нагрева, ионизации зависит также от "закалки " степени ионизации плазмы. Результаты управляемости определенными кратностями заряда (Al+1) путем изменения от-лазера. Установлено, что количество однозарядных ионов в 5-10 раз меньше, чем высокозарядных ионов, образованных излучением лазера ИЛТИ-207.

3. Результаты исследования зарядовых, энергетических, временных, скоростных, пороговых и других характеристик МЗИ : моно-СУ,Си,Но,Al) и четырехэлементньы мишеней, образованных ■ излечением лазера с q =108-10il Вт/см2 при дг=0°. Особенности образования зарядовых, энергетических, пороговых и других характеристик МЗИ четырехзлементной плазмы и предлагаемый механизм формирования и разлета МЗИ четырехзлементной лазер., ной плазмы. Пороговый характер образования ионов с Z>,1 из . четырехзлементной мишени в зависимости от плотности мощности-излучения лазера. Показано уменьшение Zmax u Emax ионов ' /:•■'<; • четырехзлементной плазмы относительно ионов моноэлементной лазерной плазмы.

Практическая ценность работы заключается в том, что по-■ лученные направленные пучки ионов моно- и четырехзлементной •лазерной плазмы могут быть положены в основу при разработке плазменных лазеров, лазеров на многозарядных переходах и генерации гармоник высокого порядка, а также эффективных лазерных источников многозарядных ионов, рентгеновских и нейтронных излучений, лазерно-энерго-масс-анализаторов веществ со сложным элементным составом. Также показана возможность создания излучением лазера остронаправленных пучков ионов с высокой интенсивностью и энергией. Это позволяет использовать их для различных технических и технологических примене-

ний, таких как: лазерное напыление тонких пленок, лазерная' закалка поверхностных слоев, определение радиационной стойкости и т.д.

Апропания работы. Основные результаты, вошедшие в ■диссертацию докладывались и обсуждались: -на XIX Всесоюзной -конференции по "физике магнитных явлений" С Ташкент, 199Гг);" -на Научном семинаре НИИГ1Ф ТашГУ С Ташкент, 1934г.), -на научном семинаре УрГУ (Ургенч, 1994г.), -на VIII Международном " симпозиуме "Вторичная электронная фотоэлектронная эмиссия':,и спектроскопия поверхности твердого тела " (Ташкент, 1994г. -на I Международной конференции "новые материалы и приборы" (Ташкент, 1994г.).

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 12 печатных работах.

Личный rkjqji автора диссертационной работы состоит- в ^зработке экспериментальной методики, получении и интерпретации экспериментальных результатов.

Структура и обтям диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и содержит 115 страниц машинописного текста, 30 рисунков и спи- , сок литератуы из 125 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. '

Во_введенш показана актуальность темы диссертационной" работы и выбор объектов исследования, сформулирована- цель';-j исследования, отмечены научная новизна и практическая цен^' \ ность работы, основные положения, выносимые на защиту. Крат4---'.

ко изложено содержание материала по главам.

ñ первой главе дается обзор литературных источников,- в которых освещены физические условия образования многозарядных ионов из моно- и многоэлементных мишеней с помощью излучения лазера по результатам теоретических и эксперимен-' тальных работ.

Во второй главе дано описание разработанной экспериментальной установки, позволящей изучить основные характеристики МЗИ лазерной плазмы в широком интервале параметров излучения лазера и использованной экспериментальной методики

■ времяпролетной лазерной масс-спектрометрии. Изложены устройства лазерной системы с различными режимами, позволяющие об-• лучать мишень при различных углах падения излучения лазера и,' в том числе, перпендикулярно к ней, камеры источника ионов, анализирующей масс-спектрометрической системы с электростатическим энергоанализатором и регистрируют аппаратуры, а также вакуумной системи.

Для получения надежных экспериментальных результатов особенно высокие требования предъявляются к параметрам лазерной системы. При этом, возникает необходимость поддерживать в узких пределах такие параметры лазерного излучения как расходимость Сне более 10-4рад.), однородное распределе-. ние излучения по сечению светового пучка, а также требуется минимальная флуктуация по энергии (0,2-0,ЗДж) и длительности импульса. В свете указанных требований в настоящее время наиболее совершенными являются твердотельный лазер ИЛТИ-207, .' работающий в режиме модуляции добротности с длительностью излучения 15 не и энергией импульса 0,5 Дж с частотой 1-50 Гц. Длина волны излучения 1,06 мкм. Достоинством данного лазера является возможность получения достаточно мощных и коротких импульсов в диапазоне частот 1-50 Гц. Лазерное излучение фокусируется линзой с фокусным расстоянием Г-10 сш на . мишень. На мишени образуется фокальное пятно с плошадью 3^1.0-4'ст2, где обеспечивается плотность потока излучения 0=10** Вт/см^. При необходимости, с помощью колибровочных нейтральных фильтров, может быть изменена плотность светового потока в пределах Ю^-Ю^Вт/см^.

Вакуумная камера представляет собой цилиндр с девятью потрубками, изготовленными из нержавеющей стали с выходным окном для ввода излучения лазера. Конструкция вакуумной камеры позволяет при необходимости разместить в ней различные мишени, элементы ионной оптики, а также диагностическую аппаратуру. Рабочий вакуум в камере поддерживается в пределах 10-Р тор.

Для исследования ионов лазерной плазмы применяется вре-мяпролетный анализатор, совмещенный с электростатическим сепаратором. Он выполняет:

-разделение ионов по скоростям разлетащей плазмы в вакуум-

f)

ном объеме:

-умет,шлет плотность плазмы до п <10^сшЗ, при которой возможен разрыв плазмы электрическим полем энергоонолизатора: ■ -уменьшает плотность ионного тока в анализаторе до lCh7 A/cm'¿, исключая тем самым возможность влияния обчемного заряда пучка ионов после разрыва плазмы.

Ппемяиролетнмй энергоапалмэатор (длиной L-ВО сm ) соеди-, нен с камерой электростатического энергоанализатора, где вы-: кодная щель установлена по траектории центрального радиуса R. Цилиндрический электростатический энергоанализатор обеспечивает выделение группы ионов с одинаковыми отношениями " кинетической энергии к заряду E/Z. Электростатический энер- • гоанализатор состоит из двух металлическим пластин, закруг- " ленных под углом 127° с радиусом кривизны R=10 ст. Эти плас- . tvihkvi разделены между собой расстоянием d=10 шт. ;

Ионы плазмы детектировались с помощью ВЭУ-IR. Коэффициент усиления ВЭУ-j Б при напряжении питания составляет ICA Сигнал от ПЗУ-]Б поступает на вход двухлучевого осциллографа С 8-12. С .экрана осциллографа масс-спектры и импульсы излучения лазера снимаются на фотопленку РФ-1000.'"

Разработанный и созданный лазерный времяпролетный масс-спектрометр с электростатическим энергоанализатором с разрешающей способностью по массе мЛнМОО и длине пролетного расстояния частиц С L-ROcm ), имеет достаточную светосилу и разрешение по вымени для получения С идентификации ) основных данных С массовых, зарядовых, временных, скоростных, • энергетических, пространственных распределений ) ионов -moho- и многоэлементной мишени, образованных излучением лазера . • с q-lO^-lO11 Вт/см^ и частотой ¿j=50 Гц.

Исходные экспериментальные данные обрабатывались на ■•■ЭВМ'• и на основании проведенных расчетов были построены зарядовые, энергетические спектры ионов моно- и мнопоэлементной лазерной плазмы.

В третьей главе исследованы зарядовые и энергетические спектры ионов моноэлементных мишеней С Al ) в зависимости от угла падения луча лазера на мишень oí, при различных плотностях мощности лазерного излучения q.'

Зарядовые и энергетические спектры ионов лазерной плаз-

мы определяются эффективностью протекания процессов поглоще

• ния лазерного излучения плазмой, ионизации, рекомбинации : -- ускорения ионов и "закалки" ионизационного состояния. Следо

• -I вательно, представляется особенно важным исследовать влия ,ниа этик процессов на зарядовый состав и энергетически ^спектр ионов плазмы при различных углах падения и плотност ■ • ■ 'мощности лазерного излучения на мишень.

Ранее была исследована физика образования разлета ионо1 лазерной плазмы при углах падения излучения лазера на мишень 0^=18° и 90° и установлены ряд особенностей формирования разлета ионов в зависимости от плотности мощности излучения лазера. Эти особенности следущие; - зарядовые, энергетические спектры МЗИ претерпевают существенные изменен»; при различных а!: - в процессе образования однозарядных ионов со сложной структурой они образуются вследствие вторичных процессов, происходящих в лазерной плазме, а также воз' ыожность регулирования этого процесса благодаря варьированию оС :- максимальная кратность заряда гтах и энергия при 0^=18° С относительно 90° ) и ч > 5хЮИ Вт/см2 существенно возрастает.

В результате исследования процессов образования ионов в зависимости от угла падения о6=18° и 0° лазерного излучения относительно нормали мишени, в широком интервале плотности ■ • ' мощйости лазерного излучения (ф получены зарядовые и масс-спектры ионов А1Срис1). Анализ полученных данных дал возможность установить изменение интенсивности временных, скорос-

• у тнЫх, энергетических характеристик ионов в широком интерро-: ле1 кратности заряда и энергии ионов при углах падения излучения лазера а=18° и 0°.

, !• Как известно, энергетические спектры ионов лазерной плазмы несут наиболее полную информацию о физических процесса^ происходящих в плазме. Энергетические спектры представ-•ляют собой зависимость числа частицей, приходящих в единичный энергетический диапазон АЕ, от энергии разлетак.дихля многозарядных ионов Е. Из полученного блока зарядовых спе;с-I тров при значениях аМ8° и 0° построены энергетические г.пек-: тры ионов А) с 2=1-4, полученные при 18° и 0°: с^Ш^-Ю11 Вт/см^ (Рис.2). Из рис.2, видно, что ионы А1имеют более

Л!*

I1 т

Л11"

Рис.1. Типичные зарядовые спектры ионов А1, полученные при Ч^0НПт/см2: =18° а-ЕСА11+)-75 эВ:

-0° б-ЕСЛ11+)-75 э11

Рис.2. Энергетические спектры ионов А1 полученные при а^=180 (-) (1-4 -кратности заряда) и С—)

(1' -4' -кратности заряда) ц=1011 Вт/см2-

низкую интенсивность и более узкий энергетический диапазон по сравнению с ионами Ъ„2. Спектры ионов имеют общий характер изменения, т.е. с максимумом распределения и с ростом кратности заряда максимумы спектра сдвигаются в сторону больших энергии.

Отметим, что экспериментальны обнаружено, что максимальные кратности заряда, интенсивности и энергии ионов образуются при перпендикулярном падении излучения лазера («^0°) на мишень, относительно о<г=180. Данная особенность образования многозарядных ионов из лазерной плазмы в зависимости от ч лазера наблюдается отчетливо в пределах плотности мощности излучения лазера п=Ю^-1011 Вт/см2.

При С*=0°) значении угла падения лазерного излучения, характер изменения энергетического спектра ионов с 2=1-4 имеет с максимумом распределения и тенденцией сдвига максимума распределения в сторону больших энергий с ростом 2 сохраняется. Заметим, что здесь, как и в случае А11+ имеют более низкую интенсивность и более узкий энергетический диапазон по сравнению с ионами 2>Л.

В формировании временных и скоростных характеристик ионов с кратностью заряда 2=1-4 определенную роль оказывает угол падения лазерного излучения 0° относительно 18°<^<0°, играет существенную роль в формировании интенсивного высо-коионизованного пакета ионов с широкими временными, скоростными и энергетическими спектрами. Наибольшая интенсивность, максимальная кратность заряда, скорости и энергии ионов достигается при При этом заметную роль играют такие процессы в лазерной плазме как: поглощение излучения лазера плазмой, "закалка" ионизационного состояния и существенно уменьшаются рекомбинационные явления на высокозарядных ионах, т.к. при перпендикулярном падении излучения лазера на плазму разлетающейся по нормали мишени доминирующим становится после ионизационного процесса "закалка" ионизационного состояния плазмы.

Ионы А11+ имеют довольно низкую концентрацию в плазме из-за селективного увеличения рекомбинационной потери. Кроме этого, ионы А11+ имеют довольно изотропное распределение, относительно высокозарядных ионов с 2>,2. Увеличение плотное-

- г? -

тп мощности лазера о постепенно от п-108 Вт/см'- до Ит/см2 дали возможность последовательно обнаружить на масс-спектрах ионов А1 кратности заряда с 2=1-4. При этом образование ионов с 2=1-4 имеют пороговый характер и он не зависит от ос лазера. Пороговый характер образования конов свидетельствует о механизме последовательной ионизации атомов • и природы формирования высокозарядных ионов.

На основе исследования физики образования многозарядных ионов в зависимости от о" и а лазера появилась возможность проведения исследования ионов моно- и многоэлементной мишени при оптимальных экспериментальных условиях, которые позволяют установить физику образования ионов в моноэлементной плазме, а также в четырехэлементной плазме.

В четвертой главе приводятся результаты исследования физических особенностей образования и разлета многозарядных ионов лазерной плазмы, образующихся при воздействии излучения лазера с г^Ю^-Ю11 Вт/см^ на четырехэлементную (УВаСиО) и моноэлементную (Но, У, Си) мишень. Физические особенности образования и разлета ионов могут проявляться при изучении разлета многоэлементной С относительно моноэлементной) плазмы, состоящей из нескольких типов ионор, имещих различные массы, возникает необходимость учета трения ионов, появляющегося за счет кулоновских столкновений ионов разных типов.

Па рис. 3 приведены типичные зарядовые (массовые ) спектры ионов монозлементной (У) и четырехэлементной плазмы, - полученные при плотности мощности излучения лазера £}=1011: Вт/см2. Видно, что на зарядовых спектрах моноэлементной плазмы довольно отчетливо наблюдаются ионы исследуемых элементов с краткостью заряда 2=1-5. Для иттрия максимальная кратность заряда 2тах=5. Анализ зарядовых спектров ионов У; Си, Но показывает, что кратность заряда, интенсивность пиков и приобретенная ионами энергия увеличиваются с ростом п лазера и слабо зависят от природы мишени.

В зарядовых спектрах ионов четырехэлементной плазмы (рис.36) наблюдались пики ионов всех элементов мишени в широком диапазоне энергий и кратностей заряда. Однако полученные зарядовые спектры по составу и кратности заряда ионов существенно отличаются от спектров ионов моно- и двухэлемен-

Ii

у5+

у4+

Bal+

Рис.3. Типичные зарядовые (массовые) спектры моноэлементной (иттриевой) Ca) и четырехэлементной Сб) плазмы, полученные при плотности мощности лазера q=1013-BT/cM2

тной С YO, BaO, СиО) плазмы. В серим регистрируемых зарядовых спектров четко выявлены ионы Y1+, Y2*, Ва1+, Cu1+, Cu2+, 0i+, 0г+, причем интенсивности ионов Y, Ва, и Си уменьшаются с ростом кратности заряда. Интенсивный пик 0 на фоне пиков других ионов четырехэлементной плазмы обнаруживается только в узком низкоэнергетическом диапазоне.

В результате обработки полученных зарядовых спектров ионов моно- и четырехэлементной плазмы были построены энергетические спектры ионов. Видно, что ионы моноэлементной плазмы имеют широкий энергетический спектр, максимум распределения которого с ростом кратности заряда ионов сдвигается в сторону больших энергий. В то же время энергии ионов и максимумы их распределений для четырехэлементной плазмы сдвигаются в сторону меньших значений. Отметим, что с уменьшением q энергетические спектры' ионов и максимумы их распределений также сдвигаются в сторону меньших энергий. Уменьшение .CdN/clE)max при переходе от 2=1 к 2=4 составляет два порядка для' моноэлементной плазмы, образованной из Y и Но.

Энергетические спектры ионов четырехэлементной плазмы зависят от элементного состава мишени и плотности мощности лазера. Ионы кислорода имеют узкий энергетический спектр, ши-

рина его на полувысоте составляет 50 эВ, в то время как- ширина энергетического распределения ионов Y, Ва, Си, состав^-ляицик основу четырехэлементной плазмы, достигает 150- -эВ;: Характерно, что максимум энергетического распределения нов кислорода Емах не превышает 50 зВ. Отметим, что -при! уве-; личении концентрации кислорода в четыренэлементной""плазш~' Емах для него не меняется, а увеличивается лишь егол ионный/ ток, в то время как, ионные токи других компонентов плазмы/ обладающих большими энергиями CY, Ва, Си), уменьшаются.

Необходимо отметить, что характер энергетического спектра ионов двухэлементной плазмы CCuO) резко отличается от вида спектра для четырехэлементной плазмы. В зарядовом спек-' тре присутствуют многозарядные ионы Си и О, причем кратность заряда ионов кислорода двухэлементной плазмы достигает Z= 4. Распределение ионов кислорода по энергиям охватьь вает более широкий диапазон Е=(М50 эВ. Аналогичные распределения энергии ионов плазмы получены для ВаО и Y0, где кислород имеет сильную химическую связь. ' Экспериментально изучив временные и скоростные распределения ионов моно- и четырехэлементной плазмы установлено! что временные и скоростные параметры ¡ионов зависят не только-от плотности мощности лазера, а также от элементного соста-" ва мишени. ¿

Анализ проведенных исследований показал, что неравномер-J' ний обмен энергией между ионами с различными массами при >ку-: лоновскик столкновениях на стадии ннерциального разлета •.че^; ■трехэлементной плазмы изменяет их энергетическое распреде--;' ление: основные максимумы распределений более легких много-; зарядных ионов смещаются в сторону больших энергий,-а рекоьн" бинационные максимумы распределений более тяжелых ионов-сме-'' щаются в сторону меньших энергий. Появление, рекомбинацион-ных максимумов указывает на интенсификацию рекомбинации в процессе разлета ионов четырехэлементной плазмы. Энергетическое распределение ионов четырехэлементной плазмы • обличается от их распределения в случае разлета моноэлементной плазмы (Y, Ва, Си) меньшей максимальной кратностью заряда Zniax и максимальной энергией ионов Емак С рис. 4). При переходе от.моноэлементной CY, Си) к четырехэлементной плазме

- u; -

Рис. 4. Энергетические спектры ионов монозлементной Cl'-У1 2'~у2+) и четырехзлементной С1-Y1+, 2-Yz+) плаэмь ' образованные излучением лазера с. q-lO1* Вт/с.м-.

Zmax ионов уменьшается от 5 до. 2 для Y и от 4 до 2 для С Flew этом для ионов Yi+, Y2+, в моно- ' и четырехэлементи плазме Емах=300 и 400 эВ, а также 200 и 150 зВ соответстве

НО.

Оснбовные.. результаты. и выводы .миссешшии -закмючаыта:

■ следушем.

1. Создана экспериментальная установка, позволяющая г

• лучать лазерную плазму при относительно умеренных плотно

■ тях потока мощности лазерного излучения Сq=10°—1011 Вт/см<

• осуществляющая ввод излучения лазера в камеру и вывод пот ••■ ка ионов из камеры под углом оМ.0° и 0° относительно нор).

ли, исследовать основные характеристики МЗИ с Z=l-6 моно-многоэлементной мишени, образованной излучением лазера.

2. Впервые экспериментально установлено существование-зависимости кратности заряда, интенсивности ионов лазерной" плазмы от излучения лазера на мишень:

а) в случае «:= 18° наблюдаются ионы с Z=l-4 с широкими энергетическими спектрами, т.к. энергия излучения лазера в данном режиме тратится только на нагрев и ионизацию атомов Сионов) плазмы:

б) уменьшение c¿=0°, когда излучение лазера перпендикулярно, падает на поверхность мишени, хотя Zmax не меняется, однако интенсивности ионов увеличиваются в два раза, расширяются энергетические спектры их в сторону больших энергий в связи с тем, что энергия излучения лазера расходится не только на нагрев, ионизацию плазмы, а также на увеличение эффекта "закалки" степени ионизационного состояния.

3. Экспериментально показано, что изменение угла падения излучения лазера на поверхность мишени позволяет регулировать количество ионов определенной кратности заряда. Например, для Al, при уменьшении ос от 18° до 0° количество Al1- уменьшается в 10 раз относительно ионов с Ъ,2, которые связаны селективным увеличением рекомбинационных потерь 'у однозарядных ионов Al.

4. Масс-спектры ионизованных атомов, образованных из двух С YO, BaO, Си) м четырехэлементных (УВа2Си507 ) мишеней излучением лазера относително масс-спектра моноэлементной (Y, Но, Си) мишени, содержат не только ' однозарядные ионные пики элементов основы мишени, но и сигналы МЗИ элементов. ;

5. Экспериментально выявлен пороговый характер образовав • ния ионов с Z>J из moho- (Y, Cu, Но) и четырехэлементных мишеней в интервале q=108-10if Вт/см2, который имеет место при последовательном одноэлектронном механизме ионизации атомов (ионов) четыре«элементной мишени излучением лазера. Напри-мер, для образования ионов четырехэлементной плазмы- Yi+, Cul-, Bal-, 0i+ необходима q=108 Вт/см2» для двухзарядных ионов Cu2+, Y2+ -q=109 Вт/см2, для О2- - q=9 109 Вт/см2 .

6. Образование зарядового и энергетического распределения МЗИ четырехэлементной мишени определяется процессами тройной рекомбинации и обменом энергией на кулоновских столкновениях между ними. Установлено уменьшение максимальной

кратности заряда ионов при перекоде от moho- (Zmax=5) к че-тырехэлементным CZmax=2) мишеням. Энергетические спектры ионов четырехэлементной мишени по характеру аналогичны спек-■ трам ионов моноэлементной мишени, однако наблюдается уменьшение Емах ионов каждой кратности заряда ' в результате потери их энергии на кулоновских столкновениях. Например, ' Емах ионов Y1+, в moho- и четырехэлементной плазме составляет 300, 400 эВ и 200, 150 эВ, соответственно.

'7. Установлено влияние состояния, в котором находится кислород в четырехэлементной мишени, на основные характеристики ионов кислорода. Выяснено, что при вхождении кислорода ; в четырехэлементную мишень во внедренном состоянии в виде . нейтральных частиц, не связанных с атомами матрицы, ионы газов образуются в результате перезарядки МЗИ тяжелых компонентов четырехэлементной мишени на нейтральном атоме газа.

8. Показана эффективность использования лазерной масс-спектрометрии с вводом излучения мазера в камеру под углом оС=0°для анализа элементного состава ВТСП и получения пленок ВТСП.

Основные результаты писсертаншнной работы изложены в кладущих публикациях;

1. Бедилов М. Р., Хайдаров Р. Т., Сотыболдиев Т. Б., Исхаков P.A., Давлетов И.Ю. Элементный анализ ВТСП материалов лазерным зондированием // Тезисы докладов XIX Всесоюзной конференции по " Физике магнитных явлений ". 1991.-Ташкент.-с. 41.

2. Бедилов М.Р., Хайдаров Р.Т.,Сотыболдиев Т.Б., Давлетов . И.Ю.',' Шерхонов А.А.:Лазерная технология получения ВТСП пленок протяженных форм //Тезисы докладов XIX Всесоюзной конференции по "Физике магнитных явлений". 1991.-Ташкент.-с.42.

3. Бедилов М. Р., Сотыболдиев Т.Б., Хайдаров Р. Т., Цой Т. Г., Давлетов И.Ю.: Исследование ионов лазерной плазмы, образованной из ВТСП УВагСиз07-х. // Узб.физ. журнал.-NG. 1993. -С.24-28.

4. Бедилов М.Р., Хайдаров Р.Т., Давлетов И.К).: Влияние угла падения лазерного излучения на образование ионов лазерной плазмы. //Препринт Р-03-94. Тлш1У. 1994.-16 с.

5. Бедилов М. Р., Хайдаров Р. 'Г., Давлетов И. Ю., Солиев

А.А., Тошатго А. К., Якубов Б.X.: Лазерный масс-спектромэтр на основе импульсного лазера ИЯШ-207 // Препринт Р-04-94., ТашГУ. 1994. -10 с.

6. Бедилов М.Р., Хайдаров Р.Т., Давлетов И.Ю., Якубов-Б.X. Масс-спектрометрическая установи для исследования" ионов лазерной плазмы //Тезисы докладов, VÍII Международный' симпозиум по вторичной электронной фотоэлектронной эмиссии и спектроскопии поверхности твердого тела. 1994.-Ташкент.-с. 49

7. Бедилов М. Р., Хайдаров Р. Т., Давлетов И. (0., Якубов Б.X. О механизмах образования ионов в лазерной плазме // VIII Международный симпозиум по вторичной электронной фотоэлектронной эмиссии и спектроскопии поверхности твердого тела. -Ташкент, 1994.-с.99.

8. Бедилов М. Р., Хайдаров Р. Т., Давлетов И. Ю.7 Якубов Б.X. Многозарядные ионы лазерной плазмы, образованные при «■=18° и 0° углах падения излучения //Тезисы докладов, VIII Международный симпозиум по вторичной электронной фотоэлектронной эмиссии и спектроскопии поверхности твердого тела, -Ташкент. 1994.-е. 103.

9. Бедилов М. Р., Хайдаров Р. Т., Давлетов И. Ю., Якубов Б.X. Исследование эмиссии ионов из ВТСП материалов под действием импульсного лазера //Тезисы докладов, VIII Международный симпозиум пр вторичной электронной фотоэлектронной" эмиссии и спектроскопии поверхности твердого тела. -Ташкент,4; 1994.-с. 126.

10. Бедилов М. Р., Хайдаров Р. Т., Давлетов И. Ю;, - Якубов " Б.X. Арипов Г., Лазерный масс-спектрометр для исследования • ВТС.Г! материалов //Тезисы докладов, I Международная'конферен-■ ция "Новые материалы и приборы". -Ташкент. 1994.-е.34.

11. Бедилов М. Р., Хайдаров Р. Т., Давлетов И.Ю., Спектры, ионов четырехэлементной лазерной плазмы. // Квантовая элек-^ TpoHHKa.-T.22.-N6. 1995.

12.Бедилов М. Р., Хайдаров Р. Т., Давлетов И. Ю., Якубов Б. X. Образование многозарядных ионов при перпендикулярном падении лазерного излучения на поверхность алюминия.//Физика плазмы.-N9. 1995.

Лазер нури таъсирида носил булган турт элементли плазма куп зарядли ионларини урганиш.

Мазкур иш ^увват зичлиги ч=10у - 1011 Вт/см^ ва тушиш бурчат турлича булган С ¿^=18° ва 0° ) лазер нури таъсирида \ бир ва тУрт элементли плазма крп зарядли -моилари косил були-• шидаги физик жараенларни урганишга багишланган ва шунга асо-сан функционал имкониятларни кенгайтирувчи лазер масс-спек-; трометрик анализ килиш методи зффективлигини ошириш йуллари ^идирилган.

Илк бор куп зарядли ионларнинг асосий характеристикалари га лазер нури тушиш бурчагининг таъсири урганилган. Тажри-1 ба натижасида ионизацион холатнинг тобланиши туфайли А1 к5п ,'■ зарядли ионларининг заряд карралиги, интенсивлиги С сони 3 ошиши ва уларнинг энергетик спектрлари кенгайиши курсатил-;' ган. Плазмада маълум заряд карралигига 3га булган ионлар со-нини бош^ариш мумкинлиги аниранган. Масалан, бир зарядли ионларнинг сони юк&ри зарядли ионлар сонига нисбатан 5-10 ■ марта кам.

Бир С У, Си,Но ) ва турт злементли плазма куп зарядли ионларининг асосий характеристикалари С заряд, энергетик спектрлари, вакт ва тезлик буйича таксимотлари ) урганилган. Илк бор тУрт элементли плазмада турли массали ионлар энер-гиясининг узаро кулон ту^нашувига сарф булиши натижасида куп зарядли ионларнинг заряд карралиги С 7тах ) ва энергияси СЕтах ) камайиши аниранган. Шунингдек, ионларнинг заряд ва энергетик спектрлари цосим булишща кислороднинг турт злементли нишонга киритилган холати муцим роль уйнаши курсатил-ган. Бир ва турт элементли нишон ионларининг С 7:>Л ) лазер нури кувват зичлигига боглик; равпшда хосил булиш бусагаси ани^ланган. Бунда плазманинг ионлари атомларнинг кетма-кет ионлашиш механизмига асосланиб пайдо булини такидланган.

The Research of multi-charged ions of four-element! plasma created by leser radiation.

This work is devoted to the physical processes leading"-to formation of multi-charged ions CMCI) from mono-(Y,Cu,Ho, Al) and four-element targets exposed to laser radiation at q=10y-lQll W/cm2 and at. different angles of Incidence of laser ray on the target («¿18° and 0°) and gives the recommendation based on this research to in crease the efficiency of laser mass-spectrometer analysis method which helps to expand the functional potentialities.

For the forst time hy experiment has been researched the influence of angle of Incidence (or=18° and 0°) of laser radiation upon the formation of basic characteristic of MCI of laser plasma. At the same time has been observed the effect of Increaslnd intensify (Quantity) of MCI CZi-2) and of expansion of their energy spectrum, and besides also the regularlzatlon of ions quantity of the certain multiplicity of the charge.- -It has been shaun that the quantity of single-charged ions is" 5 to 10 times less than that of hidhchar^ed. ions created by ILT1-207 laser radiation. It has been determined the rale of heating, ionization and "hardening" of Ionization degree .In creation of MCI by-daser radiation.

It has been measured the basic MCI characteristics (charge, time response, velocity, energetic and treshold characteristics etc.) from four^-element plasma depending'-on the pouer density of laser radiation at a-=0°. The reductlon'of Zmax and Emax of' the Ions of four-element plasma relatively to the mono-element ions has been observed lohich is the result of energy lass under the coulomb collisions. It has bean determined that, uhen the oxygen enters to four-element target at implanted state the oxygen ions appear as a result of recharging of heavy component of the four-element target* on the neutral gas atom. Also has been determined the threshold character of ion formation at Z>,1 out of mono-(Y,Cu,Ho) and four-element target, depending on the laser power density uhlch takes place under sequential single-electron mechanism of atom ionization (ions) by the laser radiation.