Исследование сильноточного разряда типа плазменный фокус рентгеновскими и оптическими методами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

УД

Елисеев Станислав Петрович

ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛЬНОТОЧНОГО РАЗРЯДА ТИПА ПЛАЗМЕННЫЙ ФОКУС РЕНТГЕНОВСКИМИ И ОПТИЧЕСКИМИ

МЕТОДАМИ

Специальность 01.04.08 - физика плазмы

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

2 /> МАР 2011

Москва, 2011 г.

4841175

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

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией ФПП ФИАН Никулин Валерий Яковлевич.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук,

ведущий научный сотрудник РНЦ «Курчатовский институт» Баронова Елена Олеговна;

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры Физики МГТУ им. Н.Э. Баумана Калачев Николай Валентинович.

Ведущая организация:

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Защита состоится « 30 » марта 2011 года в / ^ часов на заседании диссертационного совета Д 212.156.06 при Московском физико-техническом институте по адресу: 117393, г. Москва, ул. Профсоюзная, 84/32, корпус В-2.

Отзывы направлялись по адресу: 141700, Московская обл., г. Долгопрудный, Институтский пер., д. 9, МФТИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского физико-технического института.

Автореферат разослан « »_

Ученый секретарь диссертационного совета

2011 г.

кандидат технических наук, доцент

Чубинский Н.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В последнее время, в связи с бурным развйтием исследований в области нанотехнологий, особенно актуальной является задача создания эффективных источников рентгеновского и ультрафиолетового излучений.

Исследования по созданию таких источников в настоящее время ведутся по нескольким направлениям: рентгеновские лазеры, синхротронное излучение, капиллярные разряды, вакуумные низко-индуктивные разряды.

Высокоэффективный источник мягкого рентгеновского (МР) и ультрафиолетового (УФ) излучений может быть построен также на основе установки типа плазменный фокус (ПФ). Основными достоинствами такого источника являются высокий КПД преобразования электрической энергии в излучение (>10%), возможность работы в частотном режиме без смены электродов, широкий диапазон длин волн в рентгеновском диапазоне от 1 -20 Айв УФ диапазоне (100- 150 А). Важным свойством рентгеновских импульсов, генерируемых в ПФ, является также короткая их длительность порядка нескольких наносекунд.

Интерес к исследованию мягкого рентгеновского и вакуумного ультрафиолетового диапазона обусловлен также диагностическими применениями. Основанные на регистрации данных излучений методы диагностики плазмы позволяют получить важную информацию о состоянии плазменной среды и динамики, протекающих в ней процессах. Во многих случаях МР излучение предоставляет единственную возможность получения информации об уровнях энергии и краях поглощения многозарядных ионов в лабораторной плазме. В ВУФ и МР областях спектра достигается принципиально более высокое пространственное разрешение, определяемое дифракционным пределом, чем в видимом свете. В связи с этим актуальность темы диссертации также обусловлена развитием исследований по программе управляемого термоядерного синтеза.

В ряде работ показана возможность применения установок типа плазменный фокус для рентгенолитографии. Также, рассмотрена возможность использования таких источников для изучения методом рентгеновской дифрактометрии упорядоченной микроструктуры биологических объектов, в частности структуры белка, мембран, ДНК молекул, новых полимерных систем и полиморфизма в

диапазоне размеров как от 1 до 10 А, так и более 10 А. Параметры МР излучения позволяют проводить анализ образцов в реальном масштабе времени.

Таким образом, исследование МР и ВУФ излучений, создаваемых на установках типа ПФ, является актуальной научной задачей.

Целью настоящей работы являлось исследование временных, пространственных и спектральных характеристик излучения плазмы в мягком рентгеновском и оптическом диапазонах в сильноточном разряде типа плазменный фокус.

Научная новизиа работы обусловлена параметрами экспериментальной установки типа плазменный фокус ПФ-4, одновременным применением рентгеновских и оптических диагностик с пространственным, временным и спектральным разрешениями в сочетании с электротехническими измерениями тока и напряжения.

В результате выполненных исследований:

- развиты методы исследования плазмы: метод изучения мягкого рентгеновского излучения с временным и пространственным разрешением, метод изучения динамики плазмы в различных спектральных диапазонах;

- получены новые данные о динамике и устойчивости плазмы, создаваемой в установках типа плазменный фокус;

- получены новые данные о пространственном распределении плотности и температуры, о скорости сжатия плазмы при различных давлениях рабочего газа и разных газовых составах;

- получены новые данные об эффективности преобразования электрической энергии в излучения и механизмах генерации мягких рентгеновских излучений;

- найдены условия существования пинчевого режима и режима с горячими точками.

Основные положения, выносимые на защиту:

Среди наиболее существенных результатов, представленных к защите, следует выделить:

1. Рентгеновские и оптические методы исследования плазмы ПФ со спектральным, пространственным и временным разрешением.

2. Результаты измерений абсолютной интенсивности мягкого рентгеновского излучения при разряде в аргоне и смеси аргона с дейтерием с помощью быстродействующих полупроводниковых детекторов с наносекундным временным разрешением в зависимости от давления рабочего газа (диапазон 0,6 -3,1 Topp) и энергии разряда.

3. Результаты измерений интенсивности излучения аргоновой плазмы с пространственным разрешением ~ 10 мкм в зависимости от давления рабочего газа и энергии разряда.

4. Результаты исследования пространственных токово-гшазменных структур в ПФ.

5. Физическая интерпретация процесса генерации рентгеновского излучения аргоновой плазмы в различных спектральных диапазонах: линейчатого от 2,9 до 3,5 кэВ и непрерывного от 1 до 2 кэВ.

6. Алгоритм определения параметров плазмы ПФ по рентгеновским спектрам мягкого рентгеновского излучения, адаптированный к условиям эксперимента.

7. Условия формирования в ПФ горячих точек.

Научная и практическая ценность работы:

1. Проведенные исследования и их теоретические обоснования свидетельствуют о том, что плазменного фокус может быть использован в качестве наносекундного интенсивного спектрально перестраиваемого источника мягкого рентгеновского излучения для различных применений, в том числе рентгеноли-тографии и рентгеновской дифрактометрии.

2. Разработан программно-алгоритмический комплекс получения информации о температуре и плотности пинчевой плазмы.

Связь с плановыми научными исследованиями осуществлялась в следующих научных грантах и проектах:

• «Научно-методическое, организационное и материально-техническое обеспечение функционирования уникальной установки "Сильноточные электроразрядные установки типа плазменный фокус ПФ-400 и ПФ-4 (Установка "ТЮЛЬПАН")"» для проведения научно-исследовательских, опытно-

конструкторских и технологических работ по приоритетным направлениям Программы» (XII очередь). № госрегистрации 01.2006 12314.2006.

• «Проведение исследований по созданию научно-технического задела технологий термоядерной энергетики с использованием z-пинчевых и лазерных установок». № госрегистрации 012007 07763,2007.

• «Физика импульсной плотной плазмы, создаваемой мегаамперным током и лазерным излучением. Электронно-ионно-плазменные технологии». № госрегистрации 01200411401,2007.

• «Проведение исследований физических и химических процессов с использованием уникальной плазменной установки «Тюльпан» (регистрационный номер 01- 07) в области физики плазмы и УТС, создания экологически безопасных источников рентгеновского и нейтронного излучений». № госрегистрации 01.2007 07754.

• «Проведение исследований по созданию научно-технического задела технологий новых источников энергии на основе импульсных электроразрядных устройств типа плазменный фокус, быстрый вакуумный разряд, сильноточный z-пинч и лазерных установок» № госрегистрации 01200853150 от 21.11.2008.

Апробация работы

Основные результаты, изложенные в диссертации, представлялись на следующих конференциях: конференция УНЦ "Фундаментальная оптика и спектроскопия" (Москва 2004), International Conference on plasma physics and Controlled Fusion (Alushta, Ukraine, 2006, 2008); на XXXI, XXXII, XXXIII Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС (Звенигород 2004, 2005, 2006); на International Symposium on Plasma Physics and Technology (SPPT-2006, Prague, 2006); на XLVHI Всероссийской конференции МФТИ (Долгопрудный, 2005), а также на семинарах нейтронно-физического отдела и отдела низкотемпературной плазмы ФИАН.

Публикации по теме диссертации

Основное содержание диссертации изложено в семнадцати печатных работах, опубликованных в рецензируемых научных журналах [8,10,14,15,16,17] и трудах конференций [1,2,3,4, 5,6,7,9,11,12,13].

Структура представленной работы. Диссертация состоит из Введения,

обзора методов спектральных измерений, 2-х глав и Заключения, содержит 3 6

таблицы, 57 рисунков и библиографию, включающую 123 наименования. Объем диссертации составляет 151 страницу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении диссертации обоснована актуальность выбранной темы, сформулирована цель исследования, научная новизна и положения, выносимые на защиту, дана общая характеристика работы.

В кратком обзоре приведен анализ имеющейся литературы по диагностикам, используемым в установках типа ПФ.

В первой главе диссертационной работы описаны электротехнические параметры экспериментальной установки типа плазменный фокус мейзеровско-го типа ПФ-4, а также диагностические методики, применяемые автором и его коллегами в экспериментах, представленных в данной работе. Во второй части данной главы основное внимание уделено рентгеновским методикам с использованием Брэгговского спектрометра в диапазоне длин волн от 3 до 19 А, рентгеновским методикам с наносекундным временным разрешением на основе полупроводниковых детекторов типа СППД11-04 и спектрально-оптической методике, использующей электрооптический преобразователь с МКП усилителем. Данные методики разработаны автором для условий эксперимента на данной экспериментальной установке. В данном разделе описана схема синхронизации диагностических методик с временным разрешением. Проанализированы факторы, налагающие ограничения на использование данных диагностических методик, проведены оценки экспериментальных ошибок.

Во второй главе представлены экспериментальные данные и результаты расчета для спектральных измерений излучения плазмы в мягком рентгеновском, УФ и видимом диапазонах.

В разделе 2.1 этой главы обсуждаются результаты измерений мягкого рентгеновского излучения с помощью быстродействующих полупроводниковых детекторов типа СППД11-04. Исследованы временные и спектральные характеристики излучения при заполнении разрядной камеры аргоном в зависимости от энергии разряда и давления рабочего газа. На рис.1 приведена зависимость интенсивности рентгеновского излучения от величины давления аргона в камере

7

ПФ при фиксированном напряжении конденсаторной батареи 12 кВ, что соответствует полной энергетике установки около 3,5 кДж. Установлено, что максимальная амплитуда МР излучения, при хорошей его повторяемости, имела место при давлении рабочего газа около 2,0 Topp. Этот факт был объяснен тем, что при данных условиях достигается оптимальная согласованность разрядного контура с динамической плазменной нагрузкой, т.е. максимум тока совпадает с моментом максимального сжатия плазмы. Длительность рентгеновского сигнала, имеющего колоколообразную форму, в измеряемом спектральном диапазоне составляла около 5 не. Вычислен абсолютный выход мягкого рентгеновского излучения аргона в 4я , который при оптимальных условиях составил около 40 мДж.

Рис. 1. Зависимость энергии импульса мягкого рентгеновского излучения от величины давления рабочего газа (Аг) в камере ПФ, фильтр (Ве, 100 мкм), напряжение зарядки батарей 12 кВ (3,5 кДж).

Во второй части раздела представлены результаты измерения временных характеристик рентгеновского излучения в двух спектральных диапазонах в зависимости от энергетики разряда, приведено объяснение многопиковой структуры рентгеновского сигнала (рис. 2).

ш i

: : 2: ]£■'S

1

¡Г'!-

•ff V

I ■ i .»4* X -^f^vi .Jim! I it

Kl I 50.0 В i

Г~20 . 0 tT"1

W

ml

mp

One Aj Kl \ -16.0 В

Рис. 2.1- сигнал с производной тока (область особенности), 2 и 3 - сигналы с рентгеновских датчиков СПДЦ11-04. Датчики располагались под углом 45° с вертикалью и 90° друг к другу. Датчик (сигнал 2) закрыт фильтром 50 мкм Ве, датчик (сигнал 3) закрыт фильтром 15 мкм Ве. Давление аргона во всех экспериментах равнялось 2,1 Topp. Эксперимент проводился при энергии разряда

1,9 кДж(9 кВ).

Сделан вывод о существовании двух типов рентгеновских источников. Первый по времени источник, а при низком напряжении и единственный, возникает из области пинчевания, испуская более «жесткое» излучение. Длительность рентгеновского импульса такого источника около 5 не по полувысоте. Его излучение, по-видимому, соответствует свечению Кц и других линий аргона, лежащих в диапазоне 2,95 - 3,5 кэВ (3,6 - 4,2 А). Для данного спектрального интервала (при энергии разряда 4,7 кДж (14 кВ)) проведена оценка полного количества квантов 1,2-1014, полной энергии Е = 36 мДж и мощности Р = 3,5'106 Вт излучения, испускаемого в 4я на основе обработки данных, полученных с помощью калиброванных СППД детекторов. График зависимости полной энергии импульса МРИ от энергетики разряда для этого спектрального интервала, приведен на рис. 3.

Энергетика разряда, кДж

Рис. 3. Зависимость полной энергии мягкого рентгеновского излучения в диапазоне энергий квантов от 2,95 до 3,5 кэВ от энергии разряда в аргоне.

Другой тип источника излучает в более мягком рентгеновском диапазоне 1,2 - 1,8 кэВ (7 - 10 А). Излучение формируется в плазменной области, окружающей горячие точки (короны). Его интенсивность значительно увеличивается с ростом энергии разряда. При увеличении энергии от 1,9 до 4,7 кДж (9-14 кВ) длительность излучения в данном энергетическом диапазоне меняется от 5 до 40 - 60 не.

Для спектрального интервала от 1,2 до 1,8 кэВ проведен расчет зависимости полной энергии рентгеновского импульса от прикладываемого напряжения (энергии разряда). Для энергий 4,7 кДж (напряжения 14 кВ) проведена оценка полного количества квантов 7,5'1014, полной энергии Е = 0,18 Дж и мощности Р = 3,5• 106 Вт излучения, испускаемого в 4л в данном энергетическом интервале, длительность излучения 50 не.

Исследована зависимость интенсивности и времени существования МРИ для разряда в чистом аргоне и его смеси с дейтерием в зависимости от процентного содержания аргона.

В разделе 2.2 данной главы представлены результаты совместного измерения МРИ с пространственным и наносекундным временным разрешением в

различных спектральных диапазонах. Сделаны выводы об области испускания излучения. Показано, что при разряде в аргоне, излучение плазменного фокуса в основном состоит из набора горячих точек, в которых достигаются максимальные параметры температуры и плотности плазмы. Наиболее интенсивная область свечения чаще всего находится на уровне анода в воронкообразной полости, реже она лежит на 1 - 2 мм выше анода. Данное излучение содержит высокоэнергетические кванты, которые соответствуют, в частности, ионам высокой кратности ионизации Ar XVII (длина волны 3,944 и 3,966 А, или энергия - 3,144 и 3,126 кэВ) и Ar XVI (длина волны 3,995 А - энергия квантов 3,104 кэВ). Прослежена динамика изменения области и интенсивности свечения при изменении энергии разряда от 1,9 до 4,7 кДж (9 - 14 кВ) (рис. 4) и давления аргона от 1,3 до 3,2 Topp (рис. 5).

Максимальный по интенсивности выход мягкого рентгеновского излучения соответствует давлению около 2 Topp (рис. 5 б). Область свечения состоит из 1 - 2 горячих точек, расположенных у поверхности анода на расстоянии менее 1 мм. При давлении аргона ниже 2 Topp (рис. 5 а) область локализации горячих точек вытянута вдоль оси Z на расстояние до 7 мм. Наиболее интенсивное излучение испускается из вертикальной области с размерами менее 3 мм (Е до 2,5 кэВ и выше). При давлении больше 2 Topp (рис. 5 в) область формирования горячих точек сжимается в вертикальном направлении (становится меньше 3 мм) и увеличивается в горизонтальном (~1 мм).

5 мм

KI

КЗ т

Kl 50 В КЗ 10 В 100 нс/кл

К1

У кз

Kl 50 В

КЗ 10 В 10 нс/кл

ВШШШ шшшшш.

ШШЙЯШЯ'Х

-Л >5 ЩШЩШ'ЛШ

• ■И

К1

Kl 50 В КЗ 10 В 10 нс/кл .

г

, К1 10 нс/кл 1

КЗ

1 1 Kl 50 В 1

I 4 КЗ 10 В :

а)

Поверхность «-

анода

нам......i______I................

б)

KI

Ю -К" 1 - - 1 ■ ш

Kl 50 В КЗ 10 В 10 нс/кл

шшшшшщм

«

8 • 1- *

Я::... : эдЧйь..-..

в)

г)

50 мкм Ве фильтр 15 мкм 30 мкм 50 мкм 150 мкм

Рис. 4. Осциллограмма производной тока в районе особенности и сигнала с датчика СППД11-04, закрытого 50 мкм Ве фильтром. На фотографиях - рентгеновские снимки, сделанные с помощью 250 мкм отверстий с 15, 30, 50 и 150 мкм Ве фильтрами. Давление аргона 1,9 Topp, энергия разряда (напряжение конденсаторной батареи) а) -1,9 кДж (9 кВ), б)-2,4 кДж (10 кВ), в)-2,9 кДж (11кВ), г)-3,5 кДж (12 кВ), д)-4,7 кДж (14 кВ).

тшш

7,3 мм i-1

— Kit

yw ......Kilo нс/кл ;

К! 50 В КЗ 10 В

/.; л

, 1 -

ш;.. : 4

g г » с j

ii в®- • 'feil

■:■■■" оо

а)

I .

м

яР N;

. и Г ■•: •»««st^kpЧ^трго- К1 50 В Н КЗ КЗ 10 В ; 10 нс/кл 4 Ы^ gllg 1 ' ' '

1 f Kl : КЗ JOB i 20 нс/кл ; шШШШя * % ; } ■ i - ■% ' У \ pÜttl {> «V4^ ' ' j'f \ %

б)

В)

Г)

50 Ве фильтр 15 мкм ЗОмкм 50 мкм 150 мкм

Рис. 5. Осциллограмма производной тока в районе особенности и сигнала с датчика СППД11-04, закрытого 50 мкм Ве фильтром. На фотографиях - рентгеновские снимки, сделанные с помощью 250 мкм отверстий с 15, 30, 50 и 150 мкм Ве фильтрами. Энергия разряда 3,5 кДж (12 кВ), давление аргона а)-1,3; б)-1,9; в)-

2,5; г)-3,2 Topp.

Показана возможность перехода из режима горячих точек в режим плазменного столба, см. рис. 6. По разности между наблюдаемыми размерами изображения светящегося объекта и размером точечного источника на фотографиях камеры-обскуры были измерены величины горячих точек. С помощью камеры-обскуры при энергии разряда 3,5 кДж (U=12 кВ) зафиксированы минимальные размеры горячих точек около 10 мкм.

В) ■ ■'.. *

Рис. 6. Разряд в аргоне при давлении 2 Topp. Энергия разряда (напряжение конденсаторной батареи) а) - 2,4 кДж (10 кВ), б) - 3,5 кДж (12 кВ), в) - 4,1 (13), г) - 4,7 кДж (14 кВ).

В разделе 2.3 проведено сравнение режимов генерации МРИ в установке ПФ-4, работающей с различными рабочими газами, такими как неон, аргон и смеси аргона с дейтерием. Отмечено, что оптимальные параметры эксперимента по давлению рабочего газа для аргона и неона существенно отличаются. Оптимальное давление неона составляет около 5-6 Topp, в то время как для аргона оно находиться в диапазоне около 2 Topp. Определено, что для разряда в неоне характерно существование пинче-образной структуры излучения, в то время как для аналогичного разряда в аргоне наиболее распространен режим генерации мягкого рентгеновского излучения в режиме горячих точек. Линейные размеры области, светящейся в мягком рентгеновском диапазоне, для неона на порядок больше, чем у аргона, и составляют около 1 см.

В другой части раздела представлены результаты исследований ПФ разряда в видимом диапазоне с помощью электронно-оптического преобразователя с встроенным МКП. С помощью данной диагностики впервые наблюдены такие эффекты, как шарообразные образования и наличие предпинча на оси разряда.

ЫеХ

о

X

са Я

о И а н Я К

14013012011010090-

ГГ

Ые IX Т-г~

п

0-

а: си"

Р,

со &Г

сл

»— СЛ

1 а.

о

т ГЛ VI

14 СО сГ Г-,

си

а.

10 11 12 13

Длина волны, А

) { I мШршНр

Й.-Г; к.": р. * | | . .... V

Рис. 7. Спектр N6 плазмы и его денситограмма, содержащие резонансные линии Н- и Не-подобных ионов и их сателлиты.

В разделе 2.4 представлены результаты измерения рентгеновских спектров излучения неона в диапазоне длин волн от 8 до 14 А (рис. 7). Проведен детальный расчет процесса спектральных измерений и геометрии брэгговского спектрометра с выпуклым кристаллом слюды. На основе анализа линейчатых спектров ионов высокой кратности ионизации проведено определение электронной температуры и плотности плазмы. Для определения необходимых параметров использовались следующие методики: измерение электронной температуры по относительным интенсивностям диэлектронных сателлитов к резонансным линиям Н- и Не- подобных ионов и электронной плотности по относительной интенсивности резонансных и интеркомбинационных линий Не- подобных ионов.

Результирующая формула отношения интенсивностей соответствующих сателлитных и резонансных линий имеет вид:

¿ = 3,3-10'" I.

3/2

А1 (2/,+1)/?(/? + !)

р + х И

кТ

8, гА

где /, и I, - интенсивности сателлитной и резонансной линий соответственно, р = АЕ/кТе, /,■- орбитальный момент электрона в начальном состоянии, Q>A и X параметры, указанные в математическом коде; g,— статистический вес ¡-го состояния, а Г, и А, - вероятности автоионизации и радиационного распада автоионизационного уровня.

Электронная плотность определялась по относительным интенсивностям резонансной ( 2 'Р 1 ) и интеркомбинационной ( 2 *Р -»1 ) линий Неподобного иона из выражения

а = Я + Ие

А, А,

где Я = - , цк- суммарная скорость заселения уровня к (см"3с') без учета я,

переходов с главным квантовым числом п = 2; индексы 1 и 2 означают соответственно уровни 2 \У0 и 2 ,Р1, а / - уровень усредненный по четырем триплетным,

таким образам, что А, =-^/1(2 1Р1\ 1 С(а,Р)=<ьа(а,/3)>- скорость возбуждения

перехода а р электронным ударом, данные скорости вычислены в программе. В приведенных вычислениях не учитывалась оптическая толщина плазмы т, так как по сделанной оценке т< 1.

В результате вычислений электронной температуры по отношениям линий Не- и Н-подобных ионов были получены значения Те около 100±20эВ и 220 ± 30 эВ, соответственно. Вычисленная в данном эксперименте электронная плотность излучающей области составляет (5 ± 2)-1018 см"3. Точность вычислений определялась точностью используемой модели плазмы и определением нулевого уровня интенсивности излучения.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы работы.

Основные результаты работы

Среди наиболее существенных результатов, представленных к защите, следует выделить следующие:

1) Исследована зависимость характеристик мягкого рентгеновского излучения при разряде в аргоне и смеси аргона с дейтерием (в различных объемных соотношениях) от энергии разряда и давления рабочего газа (0,6 - 3,1 Topp):

- обнаружено, что максимальный выход МРИ происходит при давлении аргона около 2 Topp, излучение состоит из одного импульса длительностью около 5 не;

- установлено, что с ростом начального давления рабочего газа увеличивается количество источников излучения. Общая длительность излучения составляет до 70 не;

- обнаружена анизотропия запаздывающего импульса МР излучения. Интенсивность данного импульса при наблюдении под углом 90° превышает его интенсивность при наблюдении под углом 45°.

2) Исследована область генерации рентгеновского излучения аргоновой плазмы в различных спектральных диапазонах:

- обнаружено, что МР излучение происходит в двух спектральных интервалах: непрерывное с энергией 1,2-1,8 кэВ и линейчатое с энергией 2,9 - 3,5 кэВ;

- показано, что излучение с энергией квантов более 3 кэВ опережает по времени излучение с меньшей энергией квантов.

3) В результате совместных измерений параметров аргоновой плазмы с наносекундным и микронным пространственным разрешениями установлено, что локализация горячих точек зависит от давления рабочего газа и энергии конденсаторной батареи:

- излучение плазменного фокуса в основном состоит из набора горячих точек, в которых достигаются максимальные параметры температуры и плотности плазмы;

- показано, что наиболее интенсивно излучающая область находится на уровне анода в воронкообразной полости, реже на 1 - 2 мм выше анода и соответствует излучению ионов выебкой кратности ионизации Ar XVII и Ar XVI;

- подтвержден максимальный выход МР излучения при давлении 2 Topp. Обнаружен эффект растяжения области генерации горячих точек в вертикальном направлении при малых давлениях и увеличение его радиального размера генерации при давлениях более 2 Topp;

- определена верхняя граница длительности излучения в горячих точках менее 1,5 не и верхний предел размеров горячих точек на уровне менее 10 мкм.

4) Выявлены условия, при которых излучение плазменного фокуса происходит в виде горячих точек:

разрядное напряжение менее 13 кВ (4 кДж), давление 2 Торра; при больших напряжениях область свечения однородна и локализована на оси установки.

5) На экспериментальной установке данного типа проведена регистрация линейчатого спектра многозарядных ионов. При разряде в неоне по относительным интенсивностям диэлектронных сателлитов и резонансных линий Н- и Не- подобных ионов измерены электронные температуры плазмы 220 ±30 и 100 ± 20 эВ соответственно. Проведены измерения электронной плотности разряда по отношению интенсивностей резонансной 2 1Р —»1 '5 и интеркомбинационной линии 2 ЪР —) 1 lS Не-подобного иона. Вычисленная электронная плот-

18 -3

ность излучающей области составляет Ne~(5±2)- 10 см .

6) Впервые обнаружено:

- образование на оси установки за 100 - 300 не до возникновения особенности на осциллограмме тока области свечения в виде цилиндра с временем жизни от 100 до 200 не. Установлено, что ток в области локализации данного свечения не превышает 5% от полного тока разряда;

- обнаружено появление шарообразного свечения плазмы в интервале времени от -10 до +30 не относительно особенности на производной тока.

Основное содержание работы опубликовано в работах:

1. Елисеев С.П. Рентгено-оптические методики диагностики плазмы, получаемой в установках типа плазменный фокус // конференция УНЦ "Фундаментальная оптика и спектроскопия", Москва, 2004.

2. Гурей А.Е., Елисеев С.П., Никулин BJL, ПолухинС.Н., Тихомиров A.A. Особенности плазмофокусного разряда в неоне // Сборник тезисов док-18

ладов XXXI Звенигородской конф. по физике плазмы и УТС, Звенигород, 16-20 февраля, 2004.

3. Гурей А.Е., Елисеев С.П., Никулин В.Я., Полухин С.Н., Тихомиров А.А. Диагностика плазмофокусного разряда с помощью рентгено-оптических методик // Сборник тезисов докладов XXXII Звенигородской конф. по физике плазмы и УТС, Звенигород, 14-17 февраля, 2005, С. 160.

4. ГУРей А.Е., Елисеев С.П., Никулин В.Я., Полухин С.Н., Тихомиров А.А. Исследование газового разряда в мягком рентгеновском и видимом диапазонах в сильноточных установках типа плазменный фокус // Сборник трудов XLVIII научная конф. МФТИ, Москва, 25-26 ноября, 2005, С. 62-64.

5. Елисеев С.П., Никулин В.Я., Огинов А.В., Тихомиров А.А. Лазерные и рентгенооптические диагностики на установке "Тюльпан" // Сборник тезисов докладов XXXIII Звенигородская конф. по физике плазмы и УТС, Звенигород, 13-17 февраля, 2006, С. 157.

6. Gurei А.Е., Eliseev S.P.,Krokhin O.N., Maiorov A.N., Nikulin V.Ya., Oginov A.V., Peregudova E.N., Polukhin S.N., Silin P.V., Tikhomirov A.A., Vo-lobuev I.V. Recent Results on the Complex of Plasma Installations «Tyulpan»» // Int. Symp. on Plasma Physics and Technology (SPPT-2006), Prague, 2006, P. 132.

7. Oginov A.V., Nikulin V.Ya., Tikhomirov A.A., and Eliseev S.P. Laser, X-ray and Optical Diagnostics on the «Tyulpan» Installation // Int. Symp. on Plasma Physics and Technology (SPPT-2006), Prague, 2006, P. 133.

8. Oginov A.V., Nikulin V.Ya., Tikhomirov A.A., Eliseev S.P. Laser, X-ray and Optical Diagnostics on the «Tyulpan» Installation И Czech. J. of Phys., 2006, Vol. 56, Suppl. В, B315.

9. Eliseev S.P., Nikulin V.Ya., Oginov A.V., Tikhomirov A.A. Plasma diagnostics in the optical and X-ray regions on the plasma focus device PF-4 (installation Tulip) // 11th Int. Conf.-School on Plasma Physics and Controlled Fusion & 2nd Int. Workshop on the Role of Electric Fields in Plasma Confinement in Stellarators and Tokamaks (Alushta, Sep. 11-16,2006), Alushta, 2008, P. 47.

10. Eliseev S.P., Nikulin V.Ya., Oginov A.V., Tikhomirov A.A. Plasma diagnostics in the optical and X-ray regions on the plasma focus device PF-4 (installation Tyulpan) // Problems of Atomic Science and Technology, 2006, Vol. 6, P. 147149.

11. Eliseev S.P., Nikulin V.Ya., Polukhin S.N., Silin P.V., Tikhomirov A.A. Observation of spherical plasma blobs in the plasma focus PF-4 К 12lh Int. Conf.-School on Plasma Physics and Controlled Fusion'& 3,d Int. Workshop on the Role of Electric Fields in Plasma Confinement in Stellarators and Tokamaks (Alushta, Sep. 22-27,2008), Alushta, 2008, P. 120.

12. Eliseev S.P., Nikulin V.Ya., Polukhin S.N., Silin P.V. Cotrelation between time-resolved and integral soft X-ray emission in a plasma focus operated in argon // 12th Int. Conf.-School on Plasma Physics and Controlled Fusion & 3rd Int. Workshop on the Role of Electric Fields in Plasma Confinement in Stellarators and Tokamaks (Alushta, Sep. 22-27,2008), Alushta, 2008, P. 201.

13. Eliseev S.P., Nikulin V.Ya., Polukhin S.N., Silin P.V. Soft X-ray measurement by SPPD11-04 detectors on the PF "TULIP" installation // 12th Int. Conf.-School on Plasma Physics and Controlled Fusion & 3rd Int. Workshop on the Role of Electric Fields in Plasma Confinement in Stellarators and Tokamaks (Alushta, Sep. 22-27,2008), Alushta, 2008, P. 204.

14. Eliseev S.P., Nikulin V.Ya. and Silin P.V. Soft X-ray measurement by SPPD11-04 detectors on the PF "TULIP" installation // Problems of Atomic Science and Technology, 2008, Vol. 6, P. 222-224.

15. Eliseev S.P., Nikulin V.Ya. and Silin P.V. Correlation between time-resolved and integral measurements of the Soft X-ray emission in a plasma focus operated in argon // Problems of Atomic Science and Technology, 2008, Vol. 6, P. 216218.

16. Елисеев С.П., Никулин В.Я., Силин П.В. Измерение мягкого рентгеновского излучения на установке плазменный фокус ПФ-4 с помощью полупроводниковых рентгеновских детекторов // Краткие сообщения по физике, 2009, Т. 36, № 1, С. 1-7.

17. Елисеев С.П., Никулин В.Я., Силин П.В. Интегральные и временные характеристики мягкого рентгеновского излучения на установке ПФ-4 типа плазменный фокус// Краткие сообщения по физике, 2009, Т. 36, № 1, С. 8-13.

Подписано в печать 24.02.2011 г. Формат 60x84/16. Заказ №7. Тираж 80 экз. П.л 1.25. Отпечатано в РИИС ФИАН с оригинал-макета заказчика 119991 Москва, Ленинский проспект, 53. Тел. 499 783 3640

Введение.

Обзор литературы.

Глава I. Экспериментальная установка и диагностическая аппаратура.

Теоретические основы эксперимента.

1.1. Экспериментальный комплекс ПФ-4.

1.2. Диагностический комплекс установки.

1.2.1. Система измерения полного тока и его производной.

1.2.2. Рентгеновская камера-обскура.

1.2.3. Система регистрации на основе МКП.

1.2.4. Рентгеновский кристаллический спектрометр.

1.2.5. Полупроводниковые детекторы типа СППД11 -04.

1.3. Физические процессы в плазменном фокусе.

1.4. Теоретическое описание процессов в исследуемой области.

1.4.1. Стадии сжатия плазмы.

1.4.2. Различные виды неустойчивостей, возникающих в плазме.

1.4.3. Модели формирования горячих точек.

Глава II. Экспериментальное исследование характеристик сильноточного разряда в Плазменном Фокусе.

2.1. Исследование характеристик МР излучения плазмы с помощью быстродействующих полупроводниковых детекторов.

2.1.1. Исследование интенсивности мягкого рентгеновского излучения в зависимости от начальных условий.

Зависимость от давления аргона в камере ПФ.

Зависимость от энергии ПФ разряда.

2.1.2. Изучение характеристик рентгеновского излучения в различных спектральных диапазонах при изменении энергетики разряда.

Сравнение спектральных диапазонов более 1,2 и 1,8 кэВ.

Сравнение спектральных диапазонов более 1,2 и 2,2 кэВ.

2.1.3. Разряд в смеси аргона с дейтерием.

2.1.3.а. Процентное содержание аргона 2,5%. Варьирование энергии разряда и исследуемых спектральных диапазонов.

2.1.3.6. Процентное содержание аргона 10-15%. Анизотропия излучения.

2.1.4. Вычисление энергии мягкого рентгеновского излучения.

2.1.5. Обсуждение результатов.

2.2. Комплексное исследование характеристик МР излучения плазмы с помощью камеры обскуры и полупроводниковых детекторов.

2.2.1. Зависимость характеристик МР излучения от начального давления аргона.

2.2.2. Переменная энергия разряда. Эксперимент с камерой обскурой с диаметром отверстия 250 мкм.

2.2.3. Исследование формы и размеров излучающей области с помощью 50 мкм камеры-обскуры и полупроводниковых детекторов для различных энергий разряда.

2.2.4. Обсуждение результатов.

2.2.5. Выводы.

2.3. Исследование пространственных и временных характеристик плазмы.

2.3.1. Измерение пространственной структуры излучающего объекта.

2.3.2. Сравнение режимов формирования объектов, излучающих в МР диапазоне, для разрядов в различных газах.

2.3.3. Регистрация шарообразного образования и предпинча на оси разряда.

2.4. Определение электронной температуры и плотности плазмы.

Диссертация посвящена исследованию физических процессов в импульсной плазме, создаваемой в установках типа плазменный фокус с помощью рентгеновских и оптических методов диагностики.

Еще в середине XX века после того, как в 1950 году была сформулирована первоначальная идея о магнитной термоизоляции плазмы [1], было предложено осуществить данный процесс путем пропускания сильного тока через газообразный дейтерий. Эта идея привела к созданию большого количества установок, получивших название «линейный Z-пинч». Проведенные на установках данного типа эксперименты [2] показали, что реальная картина процесса сжатия плазмы более сложная, нежели предполагалось ранее на основе модели непрерывного равенства магнитного и газового давлений. Эксперимент также показал, что примеси, поступающие на начальной стадии разряда в плазму со стенок разрядной камеры, изготовляемой обычно из пирекса или кварца, сильно охлаждают плазму за счет процессов ионизации и излучения.

Часть из вышеперечисленных недостатков была устранена при использовании разрядных трубок с металлическими стенками, работа с которыми привела к созданию так называемых нецилиндрических Z-пинчей. В этих камерах за счет изменения геометрии разряда неожиданно обнаружилось, что сжатие токовой оболочки носит нецилиндрический характер, при котором оболочка приобретает форму воронки, обращенной узкой частью к положительному электроду (аноду). В результате такого процесса вблизи анода концентрируется плазма с существенно большей температурой и плотностью, чем в линейных пинчах [3]. Область концентрации (фокусировки) плазмы, получила название «плазменный фокус», перешедшее впоследствии на всю установку в целом.

В последнее время, в связи с бурным развитием исследований в области нанотехнологий, особенно актуальной является задача создания эффективных точечных (< 100 мкм) источников мягкого рентгеновского 1 кэВ) (МРИ) и ультрафиолетового излучений 130 А) (ВУФ - ЕЦУ). В работе [4] показана возможность применения установок типа ПФ для рентгенолитографии [5, 6]. Также рассмотрена возможность использования таких источников для изучения методом рентгеновской дифрактометрии упорядоченной микроструктуры биологических объектов [7], в частности структуры белка, мембран, ДНК молекул, новых полимерных систем и полиморфизма в диапазоне размеров как от 1 до 10 А, так и более 10 А. Параметры МРИ позволяют проводить анализ образцов в реальном масштабе времени.

Исследования по созданию таких источников в настоящее время ведутся по следующим направлениям: рентгеновские лазеры, синхротронное излучение, капиллярные и вакуумные низко-индуктивные разряды, разряды типа Z-пинч.

Высокоэффективный источник мягкого рентгеновского (МРИ) и ультрафиолетового излучений (УФИ) может быть построен также на основе установки типа плазменный фокус (ПФ). Основными достоинствами такого источника являются высокий КПД преобразования электрической энергии в излучение (>10%), возможность работы в частотном режиме без смены электродов, широкий диапазон длин волн в рентгеновском диапазоне от 120 А и в УФ диапазоне (100-150 А). Важным свойством рентгеновских импульсов, генерируемых в ПФ, является также короткая их длительность < 100 не.

В основном изучение физики плазмы ПФ были направлены на решение задачи управляемого термоядерного синтеза. Поэтому разрядная камера установки заполнялась дейтерием и иногда в целях согласования динамики плазмы с разрядным током в камеру вводились добавки тяжелых инертных газов).

В отличие от термоядерных исследований в настоящей диссертационной работе исследовались физические процессы в ПФ при заполнении разрядной камеры неоном, аргоном и смесью аргона с дейтерием.

К началу исследований по теме диссертации целый ряд плазменно-динамических процессов ПФ, имеющих в основном место при разряде в тяжелых газах, таких как неон, аргон, ксенон и др., оставался изученным не в достаточной степени. Вместе с тем именно эти процессы существенно влияют на эмиссионные свойства ПФ. Также много вопросов остается открытыми по механизмам образования в плазмофокусном разряде так называемых "горячих точек", самоорганизующихся токово-плазменных структур, таких как филаменты, сферические образования и т.п.

На многие из этих вопросов можно дать ответ, исследуя свойства плазмы ПФ с помощью рентгеновских и оптических методов.

Целью настоящей работы являлось исследование временных, пространственных и спектральных характеристик излучения плазмы в мягком рентгеновском и оптическом диапазонах в сильноточном разряде типа плазменный фокус.

Структура представленной работы. Диссертация состоит из введения, обзора методов спектральных измерений, 2-х глав, заключения и одного приложения, содержит 3 таблицы, 57 рисунков и библиографию, включающую 123 наименования. Объем диссертации составляет 149 страниц.

Основные результаты и выводы диссертации заключаются в следующем:

1) Исследована зависимость характеристик мягкого рентгеновского излучения при разряде в аргоне и смеси аргона с дейтерием (в различных объемных соотношениях) от энергии разряда и давления рабочего газа (0,6-3,1 Topp):

- обнаружено, что максимальный выход МРИ происходит при давлении аргона около 2 Topp, излучение состоит из одного импульса длительностью около 5 не;

- установлено, что с ростом начального давления рабочего газа увеличивается количество источников излучения. Общая длительность излучения составляет до 70 не;

- обнаружена анизотропия запаздывающего импульса МР излучения. Интенсивность данного импульса при наблюдении под углом 90° превышает его интенсивность при наблюдении под углом 45°.

2) Исследована область генерации рентгеновского излучения аргоновой плазмы в различных спектральных диапазонах:

- обнаружено, что МР излучение происходит в двух спектральных интервалах: непрерывное с энергией 1,2-1,8 кэВ и линейчатое с энергией 2,9-3,5 кэВ;

- показано, что излучение с энергией квантов более 3 кэВ опережает по времени излучение с меньшей энергией квантов.

3) В результате совместных измерений параметров аргоновой плазмы с наносекундным и микронным пространственным разрешениями установлено, что локализация горячих точек зависит от давления рабочего газа и энергии конденсаторной батареи:

- излучение плазменного фокуса в основном состоит из набора горячих точек, в которых достигаются максимальные параметры температуры и плотности плазмы;

- показано, что наиболее интенсивно излучающая область находится на уровне анода в воронкообразной полости, реже на 1 -2 мм выше анода и соответствует излучению ионов высокой кратности ионизации Ar XVII и Ar XVI;

- подтвержден максимальный выход МР излучения при давлении 2 Topp. Обнаружен эффект растяжения области генерации горячих точек в вертикальном направлении при малых давлениях и увеличение его радиального размера генерации при давлениях более 2 Topp;

- определена верхняя граница длительности излучения в горячих точках менее 1,5 не и верхний предел размеров горячих точек на уровне менее 10 мкм.

4) Выявлены условия, при которых излучение плазменного фокуса происходит в виде горячих точек: разрядное напряжение менее 13 кВ (4 кДж), давление 2 Торра; при больших напряжениях область свечения однородна и локализована на оси установки.

5) На экспериментальной установке данного типа проведена регистрация и линейчатого спектра многозарядных ионов. При разряде в неоне по относительным интенсивностям диэлектронных сателлитов и резонансных линий Н- и Не- подобных ионов измерены электронные температуры плазмы 220 ± 30 и 100 ± 20 эВ соответственно. Проведены измерения электронной плотности разряда по отношению интенсивностей резонансной 2 ХР -»1 ^ и интеркомбинационной линии 2 гР —»1 '51 Не-подобного иона. Вычисленная электронная

18 -3 плотность излучающей области составляет Ые ~ (5 ± 2) • 10 см .

6) Впервые обнаружено:

- образование на оси установки за 100-300 не до возникновения особенности на осциллограмме тока области свечения в виде цилиндра с временем жизни от 100 до 200 не. Установлено, что ток в области локализации данного свечения не превышает 5% от полного тока разряда;

- обнаружено появление шарообразного свечения плазмы в интервале времени от -10 до +30 не относительно особенности на производной тока.

Данные о спектральном составе излучения плазмофокусного разряда и его пространственно-временных характеристиках, полученные в результате проведенных экспериментов, позволили расширить знания о процессах, происходящих в высокотемпературной плазме газового разряда. Полученные в диссертации результаты могут быть использованы в качестве входных данных для теоретических моделей, описывающих поведение самостягивающихся газовых разрядов.

По мнению автора для литографических применений является важным изучение плотной, высокотемпературной плазмы, формируемой в горячих точках.

В литографии весьма актуальной является задача уменьшения длины волны излучения. Для диапазона излучений менее 10 нм, где не существует удовлетворительного лазерного источника, перспективным является применение сильноточного разряда.

Проведенные исследования показали, что плазменный фокус может быть использован в качестве наносекундного спектрально перестраиваемого источника мягкого рентгеновского излучения для различных применений, в том числе рентгенолитографии.

Эксперименты, представленные в работе, были выполнены в Нейтронно-физическом отделе Физического института им. Лебедева РАН.

В заключение автор выражает глубокую благодарность коллегам и соавторам по публикациям - В.Я. Никулину за научное руководство работой,

П.В. Силину и [A.A. Тихомирову] за большую помощь в проведении экспериментов и обсуждение результатов работы, И.В. Волобуеву, П.В. Горшкову, А.Е. Гурею, A.B. Огинову, С.Н. Полухину и П.И. Елисееву за полезные замечания и обсуждения, а также весь коллектив ЛФПП НФО ФИАН за всестороннюю помощь.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена экспериментальным исследованиям мягкого рентгеновского и видимого излучения на установках типа плазменный фокус. В результате проведенных исследований установлены масштабные закономерности основных параметров мягкого рентгеновского излучения в зависимости от энергии запасенной в конденсаторной батарее установки, давления рабочего газа, наличия примесей. На основе полученных экспериментальных данных сделаны выводы о физических процессах, протекающих в плазменном фокусе, в частности, о филаментационной природе формирования «горячих точек».

1. Bennett W. Magnetically self-focusing streams // Phys. Rev., 1934, Vol. 45, P. 890.

2. Курчатов И.В. Некоторые вопросы развития атомной энергетики в СССР, Атомная энергия, 1956, Т. 3, С. 76.

3. Петров Д.И., Филиппов Н.В., Филиппов Т.И., Храбров В.А. Сб. Физика плазмы и проблема управляемого термоядерного синтеза, М.: Издательство АН СССР, 1958, Т.1У, С. 170-181.

4. Gribkov V.A., Dubrovsky A.V., Isakov A.I., Krokhin O.N., Silin P.V. et. al. A Powerful Soft X-ray Source for X-ray Lithography Based on Plasma Focusing // Physica Scripta, 1998, Vol. 57, P. 488-494.

5. Грибков B.A., Денус С., Дубровский A.B., Исаков А.И., Калачев Н.В., Крохин О.Н., Никулин В.Я., Следзиньский С., Чекай С. Рентгеновское излучение плазменного фокуса при лазерном воздействии // Физика плазмы, 1985, Т.11, Вып.1, С. 117-122.

6. Калачев Н.В., Крохин О.Н., Лошманов A.A., Никулин В.Я., Перекрестенко А.Д. Перспективные направления исследования конденсированных сред с помощью установок типа "Плазменный фокус" // II нац. Конф. РСНЭ, 1999.

7. Елисеев С.П. Рентгено-оптические методики диагностики плазмы, получаемой в установках типа плазменный фокус // конф. УНЦ "Фундаментальная оптика и спектроскопия", Москва, 2004.

8. Гурей A.E., Елисеев С.П., Никулин В.Я., Полухин С.Н., Тихомиров А.А. Особенности плазмофокусного разряда в неоне // Сборник тезисов докладов XXXI Звенигородской конф. по физике плазмы и УТС, (Звенигород, 16-20 февраля, 2004), Звенигород, 2004.

9. Oginov A.V., Nikulin V.Ya., Tikhomirov A.A., Eliseev S.P. Laser, X-ray and Optical Diagnostics on the «Tyulpan» Installation // Int. Symp. on Plasma Physics and Technology (SPPT-2006), Prague, 2006, P. 133.

10. Oginov А.V., Nikulin V.Ya., Tikhomirov A.A., and Eliseev S.P. Laser, X-ray and Optical Diagnostics on the «Tyulpan» Installation // Czech. J. of Phys., 2006, Vol. 56, Suppl. В, B315.

11. Eliseev S.P., Nikulin V.Ya., Oginov A.V., Tikhomirov A.A. Plasma diagnostics in the optical and X-ray regions on the plasma focus device PF-4 (installation Tyulpan) // Problems of Atomic Science and Technology, 2006, Vol. 6, P. 147-149.

12. Eliseev S.P., Nikulin V.Ya., and Silin P.V. Soft X-ray measurement by SPPD11-04 detectors on the PF "TULIP" installation // Problems of Atomic Science and Technology, 2008, Vol. 6, P. 222-224.

13. Eliseev S.P., Nikulin V.Ya. and Silin P.V. Correlation between time-resolved and integral measurements of the Soft X-ray emission in a plasma focus operated in argon // Problems of Atomic Science and Technology, 2008, Vol. 6, P. 216-218.

14. Елисеев С.П., Никулин В .Я., Силин П.В. Измерение мягкого рентгеновского излучения на установке плазменный фокус ПФ-4 с помощью полупроводниковых рентгеновских детекторов // Краткие сообщения по физике, 2009, Т. 36, № 1, С. 1-7.

15. Елисеев С.П., Никулин В.Я., Силин П.В. Интегральные и временные характеристики мягкого рентгеновского излучения на установке ПФ-4 типа плазменный фокус // Краткие сообщения по физике, 2009, Т. 36, № 1, С. 8-13.

16. Spielman R.B., Deeney C.,:Chandler G.A. et al. Tungsten wire-array Z-pinch experiments at 200 TW and 2 MJ // Physics of Plasmas, 1998, Vol. 5, No. 5, P. 2105-2110.

17. Filippov N.V., Filippova T.I., and Vinogradov V.P. Dense, High Temperature Plasma in a Non-Cylindrical Z-Pinch Compression // Nuclear Fusion, 1962, Part 2, P. 577.

18. Mather J.W. Formation of a High-Density Deuterium Plasma Focus // Phys. Fluids, 1965, Vol. 8, No. 2, P. 366-377.

19. Karpinski L., Scholz M., Linhart J.G., and Szydlowski A. Foam target experiments with the PF-1000 plasma focus facility // Eur. Phys. J., Suppl. D, 1999, Vol. 7, P. 255-259.

20. Krokhin O.N., Nikulin V.Ya. et al. The upgraded plasma focus installation "FLORA"- the installation "TULIP" // Journal of Technical Physics, Warszawa 1999, Vol. XL, № 1, P. 117-120.

21. Nikulin V.Ya., Romanova V.M., Scholz M. Plasma Focus Source of X-ray Emission // Selected Research Papers on Spectroscopy of Nonequilibrium Plasma at Elevated Pressures, 2002, Proc of SPIE, Vol. 4460, P. 55-62.

22. Nakasendo Т., Maruyama H., Ono Y., Maeda H., Shimoda K., Yanagidaira Т., and Hirano K. Soft X-ray emission in the neon gas puff plasma focus // Nat. Inst. Fusion Sci., 1999, No. 42, P. 117-126.

23. Hirano K., Yamamoto Т., Takada S., Sone H., and Shimoda K. Production of highly charged metal ions and soft x-ray emission in a Plasma Focus // Jpn. J. Appl. Phys., 1988, Vol. 27, No. 1, P. 78-83.

24. Yanagidaira Т., Yamamoto Т., Shan В., and Hirano K. Spectroscopic Investigation of Z-Pinch with a Spatial and Temporal Resolution // J. Phys. Soc. Jpn., 1999, Vol. 68, No. 3, P. 852-856.

25. Yanagidaira Т., Ono Y., Han В., Yamaguchi M., and Hirano K. High-speed, malti-band imaging of pinched plasma // NIFS-PROC, 1999, No. 42, P. 156-162.

26. Hirano K., Tagaya Y., Shimoda K., Okabe Y., and Yamamoto T. Time correlation between plasma behaviour and Soft X-ray emission in a Plasma Focus // J. Phys. Soc. Japan, 1986, Vol. 55, No. 7, P. 2211-2216.

27. Serban A., and S. Lee. Soft x-ray emission from a small plasma focus operated in deuterium // Plasma Sources Sci. Technol., 1997, Vol. 6, No. 78, P. 7885.

28. Favre M., Lee S., Moo S.P., and Wong C.S. X-ray emission in a small plasma focus operating with H2-Ar mixtures // Plasma Sources Sci. Technol., 1992, Vol. 1,P. 122-125.

29. Volobuev I.V., Gribkov V.A., Denus D., Kalachev N.V., Koslova T.A., Krokhin O.N., Sledzinski S., Startsev S.A., and Zcekaj S. Characteristics of soft X-radiation in Mather's type plasma focus // Sov. J. Plasma Phys, 1988, Vol. 14, P. 401.

30. Zakaullah M., Alamgir K., Shafig M. Low-energy plasma focus as a Tailored X-ray source // Journal of Fusion Energy, 2000, Vol. 19, No. 2, P. 143.

31. MuravichA., BaronovaE., MatamuraY., LuM., SatoK., BabaA., Horiuchi M., Takasugi K. and Miyamoto T. «Observation of X-ray emission and neutron yield from a compact plasma focus», NIFS-PROC (Natl Inst Fusion Sci), №4, p. 127-133 (1999).

32. Kitaoka H., Yamamoto Т., and Hirano K. Characterization of Soft X-Ray Radiation from Plasma Focus Device with Gas Puff // J. Phys. Soc. Jpn., 1998, Vol. 67, No. 2, P. 481.

33. Shearer J.W. Contraction of Z pinches actuated by radiation losses // Phys. Fluids, 1976, Vol. 19, P. 1426.

34. Koshelev K.N., and Pereira N.R. Plasma points and radiative collapse in vacuum sparks // J. Appl. Phys, 1996, Vol. 69, R2M4.

35. Vikhrev V.V., Ivanov V.V., Koshelev K.N. Formation and evolution of the micropinch region in a vacuum spark // Sov. J. Plasma Phys., 1982, Vol. 8, No. 6, P. 688.

36. Lebert R., Engel A., and Neff W. J. Investigations on the transition between column and micropinch mode of plasma focus operation // Appl. Phys., 1995, Vol. 78, No. 11, P. 6414-6420.

37. Hirano K., and Kitaoka H. Soft X-Ray Emitting Core in a Plasma Focus // Japan. J. Physical Soc., 1996, Vol. 65, P. 139-141.

38. Хаддлстоун P. и Леонард С. Диагностика плазмы. М.: Мир, 1967.

39. Агранович В.М., Галанин М.Д. Перенос энергии электронного возбуждения в конденсированных средах. Москва, 1978.

40. Filippov N.V., Filippova, T.I., Khutoretskaia I.V., Mialton V.V., Vinogradov V.P. Megajoule scale plasma focus as efficient X-ray source // Phys. Lett. A, 1996, Vol. 211, P. 168-171.

41. Дубровский A.B. Регистрация параметров генерируемых в плазменном фокусе мощных потоков электронов, ионов, нейтронов и плазмы при их взаимодействии с конструкционными материалами. М.: Издательский дом МФО, 1999.

42. Shafiq М., Hussain S., Sharif М. et al. Soft X-Ray Emission Optimization Study with Nitrogen Gas in a 1.2 kJ Plasma Focus // Journal of Fusion Energy, 2001, Vol. 20, No. 3, P. 113-115.

43. Mohanty S. R., Srivastava M. P., Rawat R. S. Study of X-ray emission of dense plasma focus device in .the presence of external magnetic field // Phys. Lett. A, 1997, Vol. 234, P. 472-476.

44. Ng C.M., Moo S.P., and Wong C.S. Variation of soft X-ray emission with gas pressure in a plasma focus // IEEE Trans, on Plasma Sci., 1998, Vol. 26, P. 1146-1153.

45. Zakaullah M., Alangir K., Shafig M. Low-energy plasma focus as a Tailored X-ray source // Journal of Fusion Energy, 2000, Vol. 19, No. 2.

46. Байков А.Ю., Гулин M.A., Долгов A.H., Савелов А.С., Салахутдинов Г.Х. Спектрометрический комплекс для исследования рентгеновского излучения импульсной высокотемпературной плазмы // Научная сессия МИФИ-2004, Т. 4, С. 58-59.

47. Александрии С.Ю., Аранчук JI.E., Буряков В.Л., Иванов М.И., Ларур Ж. Рентгеновская диагностика Х-пинчей с субнаносекундным временным разрешением // Воздействие интенсивных потоков на вещество, XX Меж. конференция (Эльбрус-2005).

48. Иванов М.И., Калинин Ю.А., Королев В.Д., Царфин В.Я.,

49. Bogolyubov Е.Р., Dubrovskii A.V., Isakov A.I., Lee P., Nikulin V.Ya. A powerful soft X-ray lithography based on plasma focusing // Physica Scripta, 1999, Vol. 57, P. 488-494.

50. Hirano K., Yamamoto Т., Takada S. et al. Production of highly charged metal ions and soft X-ray emission in a Plasma Focus // Jpn. J. Appl. Phys., 1988, Vol. 27, P. 89-94.

51. Karpinski L., Rrav'arik J., Kubes P. et al. Soft x-ray spectral investigation in wire-in-plasma focus experiments // Plasma Phys. Control. Fusion, 2002, Vol. 44, P.1609-1614.

52. Skobelev I.Yu., Faenov A.Ya. et al. Investigating the emission properties of plasma structures with x-ray imaging spectroscopy // JETP, 1995, Vol. 81, No. 4, P. 692-718.

53. Bobashev S.V., Simanovskii D.M., Platonov Yu.Ya., Roewekamp P., Decker G., Kies. W. Spectral selective plasma imaging in the wavelength range 2.4-4.5 nm in SPEED2 device // Plasma Sources Sci. Tech., 1996, Vol. 5, No. 3, P. 578-581.

54. Moreno J., Silva P., and Soto L. Optical observations of the plasma motion in a fast plasma focus operating at 50 Joules // Plasma Sources Sci. Technol., 2003, Vol. 12, P. 39.

55. Skladnik-Sadowska E., Baranowski J., Milanese M., Moroso R., Pouzo J., Sadowski M., Zebrowski J. Spatial structure and energy spectrum of ion beams studied with CN detectors within a small PF device // Radiation measurements,2001, Vol. 34, P. 315-318.

56. Кис В., Деккер Г., Бернтин У., Сидельников Ю.В., Глушков Д.А., Кошелев К.Н., Симановский Д.М., Бобашев С.В. Стабильный пинч в установке плазменный фокус "SPEED-2" // Письма в ЖТФ, 1999, Т. 25, Вып. 20, С. 5-12.

57. Silva P., Favre М. Properties of hot spots in plasma focus discharges operating in hydrogen-gas mixtures // 5-th Int. Conference of Dense Z-Pinches,2002, P. 245-248.

58. Калачев H.B. Мягкое рентгеновское излучение установок плазменный фокус: дис. канд. физ.-мат. наук. М., 1988.

59. Shan В., Liu М.Н., Rawat R.S., and Lee S. X-ray Emission Properties of Neon and Argon Plasmas in Conventional and Gas-puff Plasma Focus Devices // Proceedings of Regional Conference on Plasma Research in 21st Century, Bangkok, 2000, P. 75-79.

60. Jacobs V.L., Behar E. Dielectronic recombination satellite transitions in dense plasmas // Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 2000, Vol. 65, P. 317-332.

61. Зельдович Я.Б. и Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1966.

62. Vikhrev Y.V. Contraction of Z-pinch as a result of losses to radiation // Pis'ma ZhETF, 1978, Vol. 27, P. 104-107.

63. Диагностика термоядерной плазмы. Под ред. С.Ю. Лукьянова. М.: Энергоатомиздат, 1985.79. http://www.cxro.lbl.gov/optical constants/filter2.html .80. http://www.cxro.lbl.gov/opticalconstants/gastrn2.html.

64. Henke B.L., Fujiwara F.G., Tester M.A., Dittmore C.H., Palmer M.A. Low-energy x-ray response of photographic films. II. Experimental characterization // J. Opt. Soc. Am. B, December 1984, Vol. 1, № 6.82. http://www.niiit.ru/catalog/det/sppdl 1 .php.

65. Вихрев ВВ., Брагинский С.И; Динамика Z-пинча // Вопросы теории плазмы, 1980, в. 10, Нелинейная динамика, М.:, С. 243-318.

66. Никулин В.Я. Сильноточный разряд типа плазменный фокус: дис. докт. физ.-мат. наук. М., 2007.

67. Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Физическая кинетика.-М.: Наука, 1979.

68. Мейерович Б.Э. На пути к осуществлению электромагнитного коллапса. УФН, 1986, Т. 149, В. 2, С. 221-257.

69. Meierovich В.Е. // Phys Rept., 1982,Vol 92, P. 83.

70. Seaton M.J. The theory of excitation and ionization, by electron impact. In Atomic and Molecular Processes, Bated D.R. Ed. (New York, Academic Press, 1962), V. 11.

71. Kolb A.C. and McWhirter R.W.P. Ionization rates and power loss from 0-Pinches by impurity radiation. Phys. Fluids, 1964, V. 7, P. 519.

72. Трубников Б.А. О токовых филаментах в плазме // Физика плазмы, 2002, Т. 28, № 4, С. 346-359.

73. Трубников Б.А. Ускорение частиц и рождение нейтронов в перетяжках плазменных пинчей // Физика плазмы, 1986, Т. 12, № 4, С. 468-487.

74. Khautiev E.Yu, Krauz V.I., Vikhrev V.V., Fadeev V.M. // Proc. XXIV Intern. Conf. On Phen. In Ionized Gases. Warsaw, 1999, V. 5, P. 89 (P-461).

75. Фадеев B.M., Кварцхава И.Н, Комаров Н.Н. Самофокусировка локальных плазменных токов // Ядерный синтез, 1965, Т. 5, № 5, С. 202.

76. Трубников Б.А. Теория плазмы. М.: Энергоатомиздат, 1996, С. 418.

77. Жданов С.К., Трубников Б.А. Квазигазовые неустойчивые среды. М. Наука, 1991. ■

78. Buneman О. // Plasma Physics. N.Y.: McGraw-Hill Book Company Inc., 1961, P. 202.

79. Яньков B.B. Z-пинчи // Физика плазмы, 1991, Т. 17, № 5, С. 521-530.

80. Веретенников В.А., Полухин С.Н., Семенов О.Г., Сидельников Ю.В. Экспериментальное исследование динамики микропинча вакуумной искры // Физика плазмы, 1981, Т. 7, № 6, С. 1199-1207.

81. Быковский Ю.А., Лагода В.Б., Шерозия Г.А. Особенности нагрева плазмы, содержащей многозарядные ионы в Z-пинче // Письма в ЖЭТФ, 1980, Т. 31, №2, С. 166-169.

82. Lee T.N. High-density ionization with an intense linear focus discharge // Annals of New York Academy of Science, 1975, Vol. 251, P. 112-125.

83. Долгов A.H. Эмиссия частиц и излучения в микропинчевом разряде: дис. док. физ.-мат. наук. М., 2005.

84. Seely J.F., Lee T.N. Density measurements in a vacuum spark discharge microplasma from the inner-shell excitation of satellite transitions // Phys. Rev., 1984, Vol. 29, No. 1, P. 411-414.

85. Glibert K.M., Anthes J.P., Gusinow M.A., Palmer M.A. X-ray yield of plasma heated by 8-nsec neodymium laser pulses // J. Appl. Phys., 1980, Vol. 51, No. 3,P. 1449-1451.

86. Choi P., Dangor A.E., Deeney C., Challis C.D. Temporal development of hard and soft X-ray emission from a gas-puff Z-pinch // Rev. Sci. Instrum., 1986, Vol. 57, No. 8, P. 2163-2164.

87. Миронов Б.Н. Пространственно-временные измерения некоторых параметров плазмы микропинча в диапазоне мягкого рентгеновского излучения с энергией квантов Е = 1 кэВ // Физика плазмы, 1994, Т. 20, № 6, С. 546-549.

88. Миронов Б.Н. Исследование динамических особенностей поведения плазмы, сформированной в процессе развития инициированной неустойчивости в сильноточном разряде Z-пинча // Физика плазмы, 1994, Т. 20, № 10, С. 886-890.

89. Pease R.S. // Proc. Roy. Soc. Ser., В. 1957, V. 70, P. 445.

90. Брагинский С.И. Поведение полностью ионизованной плазмы в сильном магнитном поле // ЖЭТФ, 1957, Т. 33, С. 645.

91. Вихрев В.В. // Физика плазмы, 1977, Т. 3, С. 997.

92. Vikhrev V.V. et al. // Plasma Phys. and Contr. Nucl. Fus. Res., IAEA, 1977, Vienna., V. 3, P. 455.

93. Вихрев В.В. Сжатие Z-пинча из-за потерь на излучекние // ЖЭТФ, 1978, Т. 27, В. 2, С. 104-107.

94. Antanasijevic R., Dragic A., Joksimovic D., Marie Z., Sevic D., Todorovic Z., and Udovicic V. Analysis of hot spots in deuterium plasma focus // Radiation Measurements, 1997, Vol. 28, No. 1-6, P. 241-243.

95. Арцимович JI.A. Управляемые термоядерные реакции. М.: Физматгиз, 1968.

96. В.А. Абрамов, В.И. Коган, B.C. Лисица. Перенос излучения в плазме // Вопросы теории плазмы, 1982, в. 12, Нелинейная динамика, М.:, С. 112-155.

97. Бойко В.А., Виноградов А.В., Пикуз С.А., Скобелев И.Ю., Фаенов А.Я. Рентгеновская спектроскопия лазерной плазмы // Итоги науки и техники, сер. Радиотехника, 1980, М.: ВИНИТИ, Т. 27, С. 264.

98. Пресняков JI.П. Рентгеновская спектроскопия высокотемпературной плазмы // Успехи физических наук, 1976, Т.119, Вып.1, С. 49-73.

99. Вайнштейн Л.А., Сафронова У.И., Урнов A.M. Диэлектронные сателлиты резонансных линий многозарядных ионов // Труды ФИАН, 1980, М.: Наука, Т. 119, С. 13-43.

100. Виноградов А.В., Собелев И.И., Юков Е.А. Об определении плотности плазмы по спектрам гелиеподобных ионов // Квантовая электроника, 1975, Т. 2, Вып. 6, С. 1165-1170.

101. Kelly R.L. Atomic and ionic spectral lines below 2000 A // J. Phys. Chem. Ref. Data, 1987, Vol. 16, suppl. №.1.

102. Peacock N.J., Speer R.J., Hobby M.G. Spectra of highly ionized neon and argon in plasma focus discharge // J. Phys. В (Atom.Molec.Phys.), 1969, Vol. 2, P. 798.

103. Вайштейн Л.А., Собельман И.И., Юков Е.А. Сечение возбуждения атомов и ионов электронами. М.: Наука, 1973.

104. Вайштейн Л.А., Сафронова У.Н. Спектроскопические константы атомов // сб. статей АН СССР, 1977, С. 6-122.t