Исследование взаимодействия излучения лазера с малоплотными средами Ho2O3, Y2O3 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ОТДЕЛ ТЕПЛОФИЗИКИ - ~ ^ фД

2 5 ДЕК «

На правах рукописи УДК 621.373.826:533.952

КУНИШЕВ УЛУГБЕК СУЛАЙМАНОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА С МАЛОПЛОТНЫМИ СРЕДАМИ Но203, У203

01.04.21 - Лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ташкент - 2000

Работа выполнена в научно-исследовательском институте Прикладной Физики Национального Университета Узбекистана им. Мирзо Улугбека

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор М. Р. БЕДИЛОВ.

Официальные оппоненты:

. доктор физико-математических наук, профессор Д.Т.АЛИМОВ; кандидат физико-математических наук А. В. ЗИНОВЬЕВ.

Ведущая организация:

Самаркандский Государственный Университет им. Алишера Навои

Защита состоится "йЯ " 2000 г. в _часов на

заседании Специализированного совета ДК 015.90.01 при Отделе теплофизики Академии наук Республики Узбекистан по адресу: 700135, Ташкент, Катартал, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Отдела теплофизики АН Республики Узбекистан.

Автореферат разослан " 2000 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, доктор физико-математических наукт^

профессор ( ^ МИРЗАЕВ А.Т.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из актуальных вопросов современной лазерной физики является исследование механизма нагрева и образования плазмы при взаимодействии излучения лазера с твердыми телами. Такой повышенный интерес обусловлен созданием лазерного термоядерного синтеза, лазеров на многозарядных ионах, плазменных лазеров, эффективных источников многозарядных ионов и др.

Процессы образования ионного пучка и плазмы при взаимодействии излучения лазера с твердыми телами сопровождаются сложными явлениями, связанные с особенностями энергетической структуры лазерного импульса [1-3]. Плотность потока энергии в импульсе нарастает постепенно во времени, так что импульс имеет характерную колоколобразную форму. Следовательно, можно выделить интервалы времени, когда: 1) плотность мощности еще мала, чтобы вызывать испарение вещества; происходит нагрев вещества (я<105-106 Вт/см2); 2) плотность мощности такова, что вещество мишени интенсивно испаряется, но ионизации еще нет (я<108 Вт/см2); 3) плотность мощности столь велика, что происходит интенсивная ионизация испаряемого вещества (я>108 Вт/см2); 4) при плотности мощности ц>109 Вт/см2 испаряемое вещество ионизировано в значительной степени и основное поглощение энергии лазерного импульса происходит в образовавшейся плазме, вызывая повышение температуры и увеличение степени ионизации. Рост температуры плазмы сопровождается формированием многозарядных ионов в широком интервале кратности заряда и энергии, а также возникновением газодинамического движения, что, в свою очередь, оказывает существенное влияние на нагрев и ионизацию; 5) при плотности мощности я<1014 Вт/см2 получена плазма с ионными пучками: Ag~rt6, Та+2°, \У+19, ВГ19, Со+25, А1+'3 и экспериментально установлено, что максимальная кратность заряда моноэлементного ионного пучка растет с ростом ц лазера; 6) при плотности мощности греющего излучения я>1015-1017 Вт/см2 регистрирована нейтроны, что явилось прямым

экспериментальным доказательством лазерного нагрева плазмы до термоядерных температур. Необходимо отметить, что в случае моноэлементной мишени при воздействии излучения лазера установлено сильное увеличение рекомбинационных потерь для ионов с наиболее высокими кратностями заряда ^>3), которые приводят к уменьшению их интенсивности, поэтому в масс-спектре их интенсивность всегда меньше, чем однозарядных. Пути управления плотностями мощности лазера и выбор различных мишеней моноэлементного состава не дали ожидаемого эффекта по уменьшению рекомбинационных потерь многозарядных ионов и следовательно, увеличения их интенсивности.

Образование плазмы и физические процессы протекающие в ней зависит не только от плотности мощности излучения лазера, но и от угла падения, длины волны, условия фокусировки излучения лазера [4-6] и т.д.

В настоящее время в проблеме физики взаимодействия излучения лазера с веществом остается не исследованными влияния еще одного параметра, а именно плотности пористой мишени р на формирования масс-зарядовых, энергетических спектров ионов в широком интервале кратности заряда и энергии.

Так как поглощения излучения лазера, ионизационные и рекомбинационные процессы в пористых малоплотных мишеней могут иметь весьма специфический характер и привлекают в последнее время все больше внимание исследователей. Анализ результатов имеющихся работ по изучению ионизационных и рекомбинационных процессов при взаимодействие излучения лазера с твердыми телами показывает, что исследования проведены, в основном, с использованием мишени моноэлементного состава (плотность мишени постоянная), а роль плотности мишени в процессах ионизации, рекомбинации и «закалки» остается открытой. В последние годы появились работы [7], где рентгеновскими и оптическими методами исследовались механизмы взаимодействия излучения лазера с малоплотными пористыми средами. Было получено, что внутри пористой мишени формируется область плотной плазмы, которая эффективно поглощает лазерное излучение.

Однако, масс-спектрометрические данные не изучались. Мы полагаем что, следует необходимость исследования взаимодействия излучения лазера с малоплотными пористыми средами путем изучения масс-зарядовых спектров многозарядных ионов в широком интервале плотности мишени, выяснить роль малоплотных пористых сред в формирования зарядовых, энергетических, временных характеристик ионов лазерной плазмы.

Целью данной диссертации является исследование масс-спектрометрическим методом взаимодействия излучения лазера с малоплотными пористыми средами в зависимости от плотности мощности, угла падения излучения лазера и плотности мишени.

Объектами исследования являлись мишени из У203, Но2Оз, приготовленные из порошка с помощью пресса с плотностью: р,=1,4 г/см3, р2=2,8 г/см3, р3=3,2 г/см3, р4=3,5 г/см3, р5=3,7 г/см5. Мишени имели диаметр 10 мм с разной толщиной в виде таблетки и изготовлены на технологической базе ФТИ АН РУз.

Научная новизна. В работе впервые проведены масс-спектрометрические исследования взаимодействия излучения лазера с малоплотными пористыми средами Но203, У203 в зависимости от плотности мощности и угла падения излучения лазера, а также плотности мишени.

- показана зависимость поглощения лазерного излучения от плотности мишени. С ростом плотности мишени существенно изменяются поглощательные свойства мишени и, следовательно, меняются кратности заряда, массовый состав и интенсивности ионов плазмы при фиксированном значении плотности мощности лазера.

- установлена неравновесность процесса ионизации атомов малоплотной среды излучением лазера.

- показано, что начиная с плотности мишени р>2.3р! поры в мишенях уменьшаются настолько, что они не влияют на формирование масс-

зарядовых и энергетических спектров ионов, образованных излучением лазера.

- установлено, что энергетические спектры ионов О и Но (У) независимо от плотности мишени расположены в различных энергетических диапазонах.

- установлено, что максимальное поглощение излучения лазера плазмой, разлетающейся в основном по нормали мишени, наблюдается при перпендикулярном падении луча на поверхность мишени (а=0°) относительно а=18°.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Существенная зависимость масс-зарядовых, энергетических спектров ионов плазмы, образующейся при взаимодействии излучения лазера с малоплотными пористыми средами Но203, У203 от плотности мишени.

2. Эффект увеличения интенсивности, кратности заряда, энергии ионов как Но (У), так и О малоплотных пористых сред Но203, У203 и расширение энергетического спектра ионов при увеличении плотности мишени, с которыми связаны изменения поглощательных свойств мишени, а также с ростом ионизационных и уменьшением рекомбинационных процессов в плазме.

3. Зависимость поглощения излучения лазера от плотности мишени и неравновесное распределение поглощенной энергии излучения лазера между ионами Но (У) и О в интервале р=р1^р3.

4. Особенности взаимодействия излучения лазера с малоплотными пористыми средами, которые характеризуют в зависимости от р мишени объемные (Р=Р1^Р3) и поверхностные р>р3 процессы поглощения излучения лазера. В области р=р1ч-р3 большую роль играет объемное поглощение излучения лазера порами мишени.

Практическая ценность работы заключается в том, что полученные данные о массовых, зарядовых, энергетических, скоростных, временных характеристиках ионов малоплотной среды под действием излучения лазера, могут быть использованы в получении ВТСП пленок с лазерным

напылением и в создании эффективных источников многозарядных ионов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на конференциях и семинарах, в том числе Республиканской конференции «Узбекистан олий укув юртларида физика фанининг ютуклари» (Ташкент, 1995 г.), Республиканской конференции по физической электронике (Ташкент, 1995, 1999 г.), ХШ-ой международной конференции «Взаимодействие ионов с поверхностью» (Москва, 1997 г.), ХХШ-ей международной конференции «Эмиссионная электроника, новые методы и технологии» (Ташкент, 1997 г.), Республиканской конференции «Современные проблемы ядерной физики» (Самарканд, 1997 г. Бухара, 1999 г.).

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 14 печатных работах.

Личный вклад автора заключается в следующем: усовершенствование экспериментальной установки и методик измерения; участие в проведении экспериментов, получение результатов; обработка и обсуждение экспериментальных данных.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и содержит 116 страниц машинописного текста, 27 рисунков и список литературы из 117 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертационной работы, выбор объектов исследования, сформулирована цель исследования, )тмечены научная новизна и практическая ценность работы, основные юложения, выносимые на защиту.

В первой главе приводится обзор литературных источников, юсвященных изучению образования многозарядных ионов из твердых тел ; помощью излучения лазера. Кратко дается ряд основных процессов нагревания, испарения, ионизации, рекомбинации, перезарядки,

ускорения и др.) происходящих при взаимодействии мощного излучения лазера с твердыми телами и малоплотными средами.

Во второй главе дано описание экспериментальной установки и приводятся результаты исследования взаимодействия излучения лазера при а=18° и а--0" с малоплотными средами Но203 при плотности мишени Р] и р3. Изложены устройства лазерной системы с различными режимами, позволяющие облучать 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 регистрирующей аппаратурой, а также вакуумной системы.

Лазерная система представляет собой, твердотельный лазер ИЛТИ-207, работающий в режиме модуляции добротности с частотой 1+50 Гц. Излучение данной лазерной системы с энергией 0,5 Дж при длительности импульса 15 не, при фокусировании линзой с фокусным расстоянием /=10 см на мишень образует фокальное пятно площадью 8=10"4 см2, где обеспечивается плотность потока излучения я =10" Вт/см2. При необходимости, с помощью калибровочных фильтров может быть изменена плотность светового потока в пределах II/ -¡-10й Вт/см2. Для исследования ионов лазерной плазмы применялся времяпролетный анализатор, совмещенный с электростатическим сепаратором.

Ионы плазмы детектировались с помощью ВЭУ-1Б. Сигнал от ВЭУ-1Б поступает на вход осциллографа С-8. С экрана осциллографа масс-спектры и импульсы излучения лазера снимаются на фотопленку РФ-1000.

Кратко приводятся основные экспериментальные материалы по исследованию ионизационных процессов протекающих при взаимодействии излучения лазера с малоплотными средами Но203 в зависимости от угла падения светового потока (а=0" и 18").

Экспериментально изучены ионизационные процессы при взаимодействии излучения лазера с малоплотными средами (рь р3) в зависимости от угла падения (а=0" и 18°) светового потока с д=10п

Вт/см2. Получены массовые, зарядовые спектры ионов лазерной плазмы в зависимости от угла падения (а=0", 18") и плотности мишени (рь р3) при значении плотности мощности лазера д=10" Вт/см2. Анализ полученных данных дал возможность установить зависимости изменения интенсивности и массовый состав спектра ионов плазмы в широком интервале кратности заряда и энергетическом диапазоне от а лазера. Экспериментально обнаружено, что масс-зарядовые спектры ионов малоплотной среды Но203, образованные излучением лазера, зависят не только от плотности мишени, но и от угла падения излучения лазера на мишень. Массовый состав спектров в рассматриваемом диапазоне а лазера при заданной плотности мишени состоит из ионов малоплотной среды Но203 без посторонних примесей. При переходе от а=18° к а=0° массовые, зарядовые составы малоплотной среды Но2Оз, образованные излучением лазера, сохраняются без изменения, однако заметно увеличивается интенсивность ионов Но2Оз с кратностью заряда г=1-г4.

Изучение динамики формирования энергетического спектра ионов малоплотной среды Но203 под действием излучения лазера в зависимости от угла падения, плотности мощности светового потока и плотности мишени дадут необходимую информацию о физических процессах, происходящих в лазерной плазме. Поэтому, на основе полученных масс-?арядовых спектров ионов малоплотной среды Но203 в зависимости от а 1азера и р мишени были построены энергетические спектры ионов тазерной плазмы. Энергетический спектр по характеру имеет максимум распределения, и с ростом кратности заряда максимумы ионов лалоплотной среды сдвигаются в сторону больших энергий. Заметим, что 1ри переходе от а=]8° к а=0° увеличиваются интенсивности'ионов Но с =1+4 и расширяется их энергетический диапазон в сторону больших 'нергий. В дальнейших опытах излучение лазера направлялось [ерпендикулярно (а=0°) к поверхности мишени.

В третьей главе диссертации приводятся результаты исследовани взаимодействия излучения лазера с малоплотными средами Но203, У203 I физических особенностей формирования масс-зарядовых спектро лазерной плазмы. Плотность мощности излучения лазера регулировалас в пределах q=108-10n Вт/см2, а плотность мишени в диапазоне от Р1 до р; Впервые получены масс-зарядовые спектры ионов лазерной плазмы пр: взаимодействии излучения лазера с малоплотными средами Но203, У20 масс-спектрометрическим методом.

Экспериментально зарегистрированы масс-зарядовые спектры ионо лазерной плазмы в зависимости от плотности мощности лазера q=108-lО1 Вт/см2 при плотности мишени от р) до р5. При этом на электростатическо! анализаторе масс-спектрометра регулировались потенциалы в предела 10-100 В. Идентифицированы полученные масс-зарядовые спектры п массам и зарядам. На рис. 1. приведены типичные масс-зарядовые спектр! малоплотной среды Но203, образованные излучением лазера с я=Ю' Вт/см2. Заметим, что приведенные масс-зарядовые спектры ионов Но2С получены при плотности мишени р] (а), р2 (б) и р3 (в), энерги однозарядного иона Но1+ равна 50 эВ (10 В на электростатическо) анализаторе). При относительно низких энергиях ионов (Е=50 эВ) и пр низкой плотности мишени (р^ из масс-зарядовых спектров малоплотны сред установлено,, что масс-зарядовые спектры состоят из однозарядног иона Но1+ и ионов кислорода с кратностью заряда 01+, 02+, Оэ+, 04+ (сл рис.1, а). Увеличение плотности мишени от р! до р2 привело к появленш на масс-зарядовых спектрах ионов лазерной плазмы, а именно ионо гольмия с кратностью заряда Но'+, Но2+ и кислорода с кратностью заряд 01+, 02+ (см. рис.1. б). Рост плотности мишени от р2 до р3 привел к том) что на масс-зарядовых спектрах малоплотной среды регистрируютс ионы гольмия с кратностью заряда Но|+, Но2+, Но3+ и ионы кислорода О1 02+ (см. рис.1, в).

О _20_40 60__¿0__100 (икс)

1!ТГГ

О'"1 1 О*3 'Но"

О"

0 20 40 60 80 100 (мкс)

о12

¡| 11 б) О'1 Но'! Но 1

0 20 40 60 80 100 (мкс)

И

1/

о'2'о" '¡ьг> '¡ь"

Рис. 1. Типичные масс-зарядовые спектры ионов малоплотной среды Но203, полученные излучением лазера с я=10и Вт/см2, где, а - при р] мишени, б - р2, в - Рз. Значение энергии Но|+ равно 50 эВ.

Отсюда отчетливо видно, что при фиксированной плотности юности излучения лазера (я=Юм Вт/см2) увеличение только плотности зени от р, до рз приводит не только к изменению массового и гдового состава как кислорода, так и гольмия, а наблюдается жомерное изменение кратности заряда ионов малоплотной среды, т.е. ньшение максимальной кратности заряда ионов кислорода, а кратность ща ионов гольмия возрастает

Характерные изменения максимальной кратности заряда (г^) .мия от плотности мишени при различных энергиях ионов приведены ис.2. Из приведенных данных видно, что наблюдается рост гтах ионов ; увеличением плотности мишени и энергии ионов. Экспериментально новлено, что ионизационные процессы при взаимодействии излучения ра с малоплотными средами Н02О3, У20з также отчетливо шляются при отборе масс-зарядовых спектров ионов тростатическим анализатором. Изучив полученные данные, выявлено, ионизационный состав малоплотных сред под действием излучения

лазера определяется в частности от плотностью мишени, а разделение их по Е/г осуществляется потенциалом электростатического анализатора.

Рис.2. Зависимость максимальной кратности заряда (z^) ионов Но малоплотной среды Но203, полученных излучением лазера в зависимости от р мишени при а-150 эВ ионы Но1+, б-100 эВ ионы Но1+, в- 50 эВ ионы Но1+. При этом q=10u Вт/см2.

Таким образом, при взаимодействии излучения лазера с малоплотными средами Но203 показано, что наибольшая ионизация атомов кислорода наблюдается при низких энергиях ионов Но+1 и плотности мишени рь а наибольшая ионизация атомов гольмия - при относительно больших энергиях ионов Но+1 и плотности мишени р>р3. Отметим, что схожие результаты получены также для малоплотной среды

Экспериментально получены зависимости изменения максимальной кратности заряда (ггаах) ионов Но203, У203 от плотности мощности излучения лазера при различных плотностях мишени (рь р3). Установлено, что независимо от плотности мишени г,^ Но (У) так и О малоплотной среды Но203, У203 нелинейно растет с увеличением плотности мощности излучения лазера в пределах я=108-10п Вт/см2, однако значение гтах и характер нелинейности зависит кроме плотности мощности лазера также от плотности мишени, природы атомов малоплотной среды.

z

р (г/см )

1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Y2o3

Исследования масс-зарядовых спектров ионов малоплотных сред Но203, У203 под действием излучения лазера в интервале я=108-10п Вт/см2 показало, что формирование масс-зарядовых спектров лазерной плазмы, степень ионизации атомов Но (У) и О зависит не только от плотности мощности лазера, но также от плотности мишени, природы атомов, входящих в состав малоплотной среды. При этом особое место занимает изготовление, состав и природа мишени с различными плотностями.

Характерную особенность взаимодействия излучения лазера с малоплотными средами можно объяснить образованием внутри таких сред области «внутренних испарений» и «объемное поглощение» лазерного излучения в интервале плотности мишени от р0 до р3. С увеличением плотности мишени от р0 до р3 уменьшается «объемное поглощение» мощного излучения лазера, и оно, начиная с р>рз, становится «поверхностным». Следовательно, при взаимодействии излучения лазера с малоплотными средами Но203, У203 при плотности мишени р^рз разрушение мишени в основном является объемным, поглощение излучения происходит внутри среды и образуется объемная плазма с максимальной ионизацией атомов кислорода (7.тго(=4) и Но (?таах=3), а с плотности мишени р>р3 наблюдаются поверхностное разрушение мишени, поверхностное поглощение излучения лазера и генерация поверхностной плазмы с максимальной кратностью заряда атомов малоплотной среды гольмия (2тах=4) и кислорода (7тах=2).

В четвертой главе диссертации приводятся основные результаты по исследованию временных, скоростных и энергетических спектров ионов лазерной плазмы, полученные при взаимодействии излучения лазера с малоплотными средами Но203, У203 в интервале д=108-1011 Вт/см2 и плотности мишени (р=р0-5-р5). Установлен также ряд особенностей в формировании временных, скоростных и энергетических характеристик ионов малоплотных сред, вызванных излучением лазера.

Анализ данных по динамике формирования временного спектра ионов Но, полученного при взаимодействии излучения лазера с малоплотными средами Но203) У2<Э3 показал, что динамика формирования временного спектра ионов Но зависит также от плотности мишени; её увеличение от р] до р3, не только увеличивает максимальную кратность заряда ионов Но от гтах=3 до 2^=4, но приводит к росту интенсивности ионов Но, а также к расширению спектра в сторону больших времен. Характерно то, что начиная с плотности мишени р>р3 динамика формирования временного спектра ионов Но (У) остаётся неизменной.

Для того, чтобы глубже понять физические процессы, происходящие при взаимодействии лазерного излучения с малоплотными средами Но203, У203, изучены распределения ионов по скоростям в зависимости от плотности мишени. Для этого построено распределение ионов с кратностью заряда г=Н4 в зависимости от плотности мишени р=р!+р5. Экспериментально установлено, что распределение ионов Но (У) по скоростям изменяется не только в зависимости от кратности заряда, а также от плотности мишени в пределах р=р1^р3. Показано, что при переходе от р! на р3 мишени распределение ионов Но по скоростям в основном расширяется в сторону малых скоростей.

Наряду с динамикой формирования временного спектра ионов, распределение ионов по скоростям, важным является изучения энергетического перераспределения между плазменными компонентами.

Изучены энергетические спектры ионов малоплотных сред Но203, У203 полученных излучением лазера в зависимости от плотности мощности лазера 011 Вт/см2 и плотности мишени (р=р,+р5). На

рис.3, приведены энергетические спектры ионов Но и О малоплотной среды Но203, полученные излучением лазера при ц=1011 Вт/см2 в зависимости от плотности мишени рь р3.

J Л

Рис.3. Энергетические спектры ионов малоплотной среды Но203, полученные мощным излучением лазера в зависимости от плотности мишени и ц=10и Вт/см2 (где а-рь б-р3.)

Анализ энергетических спектров ионов малоплотных сред Но203, полученных в зависимости от я лазера и плотности мишени показал, что энергетический спектр состоит из двух пакетов ионов независимо от плотности мишени, однако характер спектра, состав ионов и их интенсивности сильно зависят от плотности мишени.

Отметим, что каждый пакет ионов состоит из определенной кратности заряда ионов кислорода и гольмия (итгрия). Экспериментально выявлено: 1) при всех исследуемых плотностях мишени отчетливо выделяются два пакета ионов в различных диапазонах энергии; 2) при плотности мишени Р) пакет ионов кислорода с кратностью заряда ?.=1 -4 расположен в узком энергетическом диапазоне 0.1-К300 эВ; и с увеличением р мишени от р| до р3 существенно сокращается диапазон энергетического спектра ионов с 7=1,2 кислорода 0.1-^200 эВ, за счет исчезновения ионов с кратностью заряда г=3,4; 3) пакет ионов гольмия

(иттрия) при р| мишени имеет кратность заряда г=1-гЗ и, относительно, широкий энергетический диапазон 0.1+800 эВ и с увеличением р от Р1 до рз кратности заряда ионов гольмия увеличивается г=1т4, а энергетический диапазон сохраняется и расширяется в сторону больших энергии; на спектре появляются дополнительно ионы с кратностью заряда г=4; 4) характер и значение энергетического спектра ионов Но (У) и О малоплотной среды Но203, У203 образованных излучением лазера при плотности мишени р=р3, остается таким же, как и при р>р3; 5) схожие экспериментальные результаты были получены с применением мишени ^Оз.

Кроме этого рассматриваются динамика формирования энергетического спектра и Емах ионов малоплотной среды Но203, У203 в зависимости от плотности мощности лазера в диапазоне я=108-10" Вт/см2 и плотности мишени р=р0ч-р5. Из полученных экспериментальных результатов выявлено, что с увеличением плотности мощности излучения лазера, взаимодействующего с малоплотными средами, растет поглощение энергии излучения лазера плазмой, и, следовательно, возрастают кратность заряда ионов и атомов мишени и их интенсивности.

Основные результаты и выводы диссертации заключаются в следующем.

1. Совершенствована масс-спектрометрическая установка для исследования взаимодействия излучения лазера с малоплотными средами Но203, У203 в зависимости от плотности мощности 108-¡-10й Вт/см2 и угла падения (а=18° и 0°) излучения лазера, плотности мишени р=р,-ф5.

2. Впервые масс-спектрометрическим методом показана зависимость поглощения лазерного излучения от плотности малоплотной среды Но203, У203. С ростом плотности малоплотной среды от Р| до р3 существенно изменяются поглощательные свойства лазерной плазмы, и, следовательно, меняются кратности заряда, массовый состав и

интенсивности, динамика формирования временного и энергетического спектров малоплотной среды.

3. Показано, что динамика формирования временного спектра ионов малоплотной среды, образованных излучением лазера довольно сложная: ионы Но (У) с более высокой кратностью заряда находятся в головной части пакета разлетающихся ионов, т.е. головная часть пакета ионов плазмы состоит из ионов с кратностью заряда от г=1 до гтах, а хвостовая часть пакета ионов, в основном, из низкозарядных ионов Но (У). Временной спектр ионов малоплотных сред состоит из широкого спектра с максимумом распределения, и он сильно зависит от кратности заряда ионов и плотности малоплотных сред.

1. Установлено, что энергетические спектры ионов малоплотных сред Но203, У203, полученные излучением лазера состоят из двух видов ионов, независимо от плотности мишени, однако характер спектра, состав ионов и их интенсивности сильно зависят от плотности малоплотной среды. При малой плотности мишени (р,) пакет ионов кислорода с кратностью заряда г=1-4 расположен в узком энергетическом диапазоне 0.1+300 эВ и с увеличением мишени существенно сокращается диапазон энергетического спектра ионов с 2=1,2 кислорода 0.1+200 эВ, за счет исчезновения ионов с кратностью заряда г=3,4. Однако, пакет ионов Но (У) при низких плотностях мишени имеет кратности заряда г=1 +3 и, относительно, широкий энергетический диапазон 0.1+800 эВ и с увеличением плотности мишени кратности заряда ионов Но (У) увеличивается 2=1+4, а энергетический диапазон сохраняется.

!. Впервые экспериментально установлено, что физические процессы при взаимодействие излучения лазера с малоплотными средами Но203, У203 и образованные масс-зарядовые, энергетические характеристики многозарядных ионов плазмы зависят от плотности мишени. Выявлены особенности взаимодействия излучения лазера с малоплотными средами Но203, У203. При р<р3 энергия излучения лазера тратится

преимущественно на нагрев, объемное разрушение, испарение и неравномерную ионизацию отдельных компонентов малоплотной среды, которая приводит к образованию объемной, неравновесной плазмы, в основном, внутри исследуемого объекта. Она дополнительно поглощает излучение лазера; начиная с р>р3 излучение лазера идет, в основном, на нагрев, поверхностное разрушение и, относительно, равномерную ионизацию атомов малоплотной среды; в конечном итоге, на поверхности мишени образуется высокоионизованная, плотная лазерная плазма.

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Бедилов М.Р., Хайдаров Р.Т., Якубов Б.Х., Кунишев У.С. Зарядовые и энергетические спектры многозарядных ионов двухэлементной лазерной плазмы при различных плотностях мишени. /У Квантовая электроника. -1996. -Т.23.- № 9.- С.835-836.

2. Бедилов М.Р., Хайдаров Р.Т., Якубов Б.Х., Кунишев У .С. Влияние плотности мишени на формирование масс-спектра многозарядных ионов лазерной плазмы. // Физика плазмы. -1996. -Т.22. -№ 12. -С.1151-1152.

3. Бедилов М.Р., Хайдаров Р.Т., Якубов Б.Х., Кунишев У.С. Влияние плотности мишени на образование многозарядных ионов НоО, УО лазерной плазмы. // Узбекский Физический Журнал. -1996.-№ 5-6. С.79-82.

4. Бедилов М.Р., Хайдаров Р.Т., Якубов Б.Х., Кунишев'У.С. Масс-спектры ионов гольмия, индуцированные излучением лазера. // Тез. док. 1-ой Респ. конф. по физической электронике. -Ташкент, -1995. Ноябрь 1-3. -С.172.

5. Бедилов М.Р., Хайдаров Р.Т., Якубов Б.Х., Кунишев У .С. Энергетические спектры многозарядных ионов (УО), образованные под

действием импульсного лазера. // Тез. док. 1-ой Респ. конф. по физической электронике. -Ташкент, -1995. Ноябрь 1-3. -С.173.

6. Бедилов М.Р., Хайдаров Р.Т., Кунишев У.С. Спектры ионов YO двухкомпонентной лазерной плазмы. // Тез. док. конф. "Узбекистан Олий укув юртларида физика фанининг ютуклари". -Ташкент, -1995. Сент. 4-5. -С. 46.

7. Бедилов М.Р., Хайдаров Р.Т., Кунишев У.С. Влияние состояния мишени на формирование зарядового и энергетического спектра многозарядных ионов лазерной плазмы. // Тез. док. конф. "Узбекистан Олий укув юртларида физика фанининг ютуклари". -Ташкент, -1995. Сент. 4-5. -С. 48.

S. Хайдаров Р.Т., Кунишев У.С. Якубов.Б.X. Ионизация атомов гольмия под действием излучения лазера. // Тез. док. 2-ой Респ. конф. современные проблемы ядерной физики. -Самарканд. -1997. Сент. 9-12.-С.150.

). Bedilov M.R., Khaidarov R.T., Kunishev U.S. Energy spectra of multiply charged ions Se203, Lu203, generated by laser radiation. // Abstracts the third international conference «Modern problems of nuclear physics», -Bukhara, -1999. Aug. 23-27. -p.332-333.

0.Bedilov M.R., Khaidarov R.T., Kunishev U.S. Interaction of laser radiaction with targets of various densities. // Abstracts the third international conference «Modern problems of nuclear physics», -Bukhara, -1999. Aug. 23-27. -p.333-334.

1.Bedilov M.R., Khaidarov R.T., Kunishev U.S. Mass-charge spectra of multicharge ions formed by laser irradiation of two-element targets. // Abstracts the third international conference «Modern problems of nuclear physics», -Bukhara, -1999. Aug. 23-27. -p.334-335.

2.Бедилов M.P., Хайдаров P.T., Бердиёров Г.Р., Кунишев У.С. Масс-спектрометрическое исследование ионов двухэлементной мишени, образованных под действием излучения лазера. // Материалы 2 республиканской конференции по «Физической электронике». -Ташкент. -1999. Нояб. 3-5. -С.167.

И.Бедилов М.Р., Хайдаров Р.Т., Бердиёров Г.Р., Кунишев У.С. Формирование энергетического спектра многозарядных ионов, генерированных под действием излучения лазера на поверхности двухэлементной мишени. // Материалы 2 республиканской конференции по «Физической электронике». -Ташкент. -1999. Нояб. 35. -С.168.

И.Бедилов М.Р., Хайдаров Р.Т., Кунишев У.С. О новых закономерностях взаимодействия излучения лазера с твердыми мишенями с различными плотностями. // Материалы 2 республиканской конференции по «Физической электронике». -Ташкент. -1999. Нояб. 3-5. -С.170.

Цитированная литература:

1. Басов Н.Г. и др. Диагностика плотной плазмы, М. «Наука», -1989. -Зб7.с.

2. Силин В.П. Поглощение излучения турбулентной лазерной плазмой, // -УФН. -1985. -Т. 145. -В.2. -С. 225-253.

3. Бедилов М.Р., Сабитов М.С., Энергетические и угловые распределения ионов газов многоэлементной плазмы. // Физика плазмы, -1987. -Т.13, № 5, -С.581-593.

4. Бедилов М.Р., Холбаев А., Влияние угла падения лазерного излучения на выход многозарядных ионов из плазмы. // Физика плазмы, -1989. -Т.15. № 1.-С.114-115.

5. Бедилов М.Р., Ишмуратов А.И., Сабитов М.С. и др. Исследование многозарядных ионов лазерной плазмы. // Украинский Физический журнал. -1978. -Т 23. № 9. -С.1473-1474.

6. Бедилов М.Р., Холбаев А. Масс-спектры быстрых многозарядных ионов лазерной плазмы. // Квантовая электроника. -1988, №1, -С.15-17.

7. Бугров А.Э., Бурдонский И.Н. и др. Взаимодействие мощного лазерного излучения с малоплотными пористыми средами. // ЖЭТФ. -1997, -Т.111. № 3, -С.903-918.

Лазер нурининг юнак мух,итлар Но203, У203 билан таъсирлашишини урганиш Кунишев У.С.

Ушбу ишда лазер нурининг х,ар хил зичликка эга булган (говак) нишонлар билан узаро таъсири жараёнида куп зарядаи ионларнинг х,осил булиш хусусиятлари урганилган. Лазер нури таъсирида х,осил булган куп зарядли ионларнинг масса, заряд ва энергетик характеристикалари масс-спектрометрик усул ёрдамида текширилган. Тажрибаларда ИЛТИ-207 (?1=1.06 мкм, Е=0,8 -1.0 Ж, т=15 не) лазер кулланилган булиб, у нишон юзасида q=10u Вт/см2 кувват зичлигини олишга имкон берди. Тажрибаларда диаметри 1,0 см ва хар хил калинликдаги У20„ Но2Оэ нишонлари кулланилган булиб, улар кукундан тайёрланган ва зичликлари куйидагича: р=р0 (дастлабки холат кукун) р,=1,4 г/см2, р2=2,8 г/см2, р3=3,2 г/см2, р4=3,5 г/см2, р5=3,7 г/см2.

Лазер нурлари говак нишонлар билан таъсирлашганда лазер нурининг ютилиши, бузилишлар жараё1шарининг узгариши ва бунинг натижасида лазер плазмасининг хосил булиши, таркалишининг узгариши курсатилган. Тажрибалар натижасида шу нарса маълум булдики, нишон зичлиги р, дан р3 гача ошганда ионларнинг заряд карралиги, интенсивлиги ва лазер плазмаси спектри таркибининг сезиларли узгаришига олиб келади. Нишон зичлиги р>р, дан бошлаб бу параметрлар, деярли, узгаришеиз цоладн.

Лазер нурининг У2Оэ, Но2Оэ билан таъсирлашганда ионларнинг заряд ва энергетик спектрларининг х,осил булишига нишон зичлигининг таъсири р<р3 булган холда яккол булиши, р>р, да эса, сезиларсиз булиши курсатилган.

The investigation of interaction of the laser radiation with porous Ho203, Y203 targets Kunishev U.S.

Abstract

In this work the features of formation of multicharge ions under interaction of the laser radiation with targets with different densities were studied.

Mass, charge and energy characteristics of laser plasma ions were determined by the mass-spectrometric method. In the experiments we used laser ILTI-207 (¿.=1,06 p., E=0,8-1,0 J, t=15 ns), which provides the power up to q=108-10u W/cm2 on the target surface. The target were made of Y203, Ho203 with diameter 1 cm and different thickness pressed from powder to the densities p=p0 (initial density of powder), pi=l,4 g/cm2, p2=2,8 g/cm2, p3=3,2 g/cm2, p4=3,5 g/cm2, ps=3,7 g/cm2.

It was found experimentally, that when high-power laser radiation interacts with targets of different densities, successive charges are observed in the processes of the absorption of laser radiation and in the nature of damage to solids, and, consequently, there are changes in the formation and expansion of a laser plasma.

It was shown that the increase of n to n3 altered considerably the charge multiplicity's, beam intensities, and composition spectra of the laser plasma, but beginning from p>p3 these parameters remained almost constant. Consequently, the role of the Y203, Ho203 target density in the formation of the charge spectrum of the laser plasma ions was greater in the range p<p3, but was less important for p>p3.