Кооперативные эффекты при взаимодействии электромагнитного излучения с атомарными системами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.02 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А.Ф.ИОФФЕ

На правах рукописи УДК 539.186.22

ШМАТОВ МИХАИЛ ЛЕОНИДОВИЧ

КООПЕРАТИВНЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ ВЗАИШДЕЯСТВИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С АТОМАРНЫМИ СИСТЕМА!®

(01.04.02 - теоретическая

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 1992

Работа выполнена в Физико-Техническом институте им. А.Ф.Иоффе Российской Академии наук.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор М.Я.Амусья .

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор С.В.Бобашев , доктор физико-математических наук, профессор В.А.Харченко.

Ведущая организация - Санкт-Петербургская Академия

аэоокосмического приборостроения.

.защита диссертации состоится

" I \ " С/гС

в /О часов на заседании специализированного совета Д 003.23.02 в ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН по адресу 194021 , Санкт-Петербург, Политехническая 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФТИ им. А.О.Иоффе РАН.

Автореферат разослан " 2Г . — 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета,

доктор физико-математических наук Л.М.Сорокин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Взаимодействие мощного потока электромагнитного излучения с системой, состоящей из нескольких атомных частиц, может существенно отличаться от процесса с участием единственного фотона или одночастичной мишени. В некоторых случаях это отличие заключается в. сильном возрастании вероятности взаимодействия, связанном с когерентностью. Увеличение количества фотонов или ( и ) частиц мишени гложет привести и к качественно новым явлениям.

Указанные отличия и представляют собой кооперативные эффекты при взаимодействии электромагнитного излучения с атомарными системами ( далее для краткости используется тер,-дот " кооперативные эффекты " ) . По-видимому, наиболее известным эффектом такого рода является усиление излучения в среде с инверсией заселенности. В диссертации усиление излучения рассматривается применительно к коротковолновым ( имеющим энергию кванта от нескольких десятков до нескольких сотен эВ ).лазерам. Также затрагиваются вопросы, связанные-с лазерами, имеющими энергию кванта порядка 1 кэВ. Исследования в области лазеров, действующих в названных выше спектральных диапазонах, были начаты в 60-х гг. и интенсивно проводятся в настоящее время - см., например, [_ 1-19 ^ . Большой интерес к таким лазерам вызывается, в частности, возможностью проведения с их помощью ряда принципиально новых исследований по изучению взаимодействия мощных когерентных импульсов фотонов с энергией порядка 10-Ю3 эВ с веществом в различных агрегатных состояниях. Как правило, особо выделяется возможность проведения высокоточных исследований структуры живых клеток [_11,15] . Одним из основных вопросов, рассматриваемых в диссертации в связи с коротковолновым! лазерами,-является анализ совместного влияния быстрого йзменения коэффициента усиления и продольных неоднородностей активной срэды на однопроходное усиление. Эффекты такого рода, сильно влияющие на излучение ряда коротковолновых лазеров, исследуются теоретически и экспериментально в нескольких лабораториях - см., например, £ 6,14, 16,17] .

В настоящее время проводятся интенсивные теоретические исследования возможности применения антивещества для аккумулирования энергии - см., например, [_20-22~\ . Эти работы преимущественно ориентированы на создание, в случае решения сложной проблемы экономически приемлемого производства и хранения достаточно большого количества антивещества, принципиально улуч -генных двигателей для космической техники £ 20-22~\ . В диссертации изучается кооперативные эффекты, связанные с отталкива- • кием антивещества от вещества. Это, в частности, представляет интерес для решения проблеглы безопасности хранения антивещества.

В диссертации тагс;:е рассматривается свегоивдуцированное взаимодействие, которое может привести к ряду эффектов, например -к образованию необычных связанных состояний частиц, что и вызывает инт ;;ес к проведению исследований в этой области - см., например, [23,2•

Наряду с изучением самих кооперативных эффектов, в диссертации предлагаются новые методы создания мощных потоков некогерентного излучения, основанные на использовании электронно-по-зятронннх лучков, тормозящихся в веществе, и антипротонов, анни-гклируиэдх на многонуклонных ядрах. Такое излучение может быть применено для инициирования термоядерных микровзрывов по схеме " непрямого " сжатия и нагрева мишени ( часто называемой " паллет " ) или для накачки коротковолновых лазеров. Исследования по управляемому термоядерному синтезу с инерпиальным удержанием плазгш, начатые несколько десятилетий. тому назад, интенсивно развиваются в настоящее время, что связано с их важным прикладным значением £25-2?] . Отметим, что само сжатие пеллета излучением относится к кооперативным эффектам.

Цель диссертационной работы - исследовать кооперативные эф-$е::гн, проявлявшиеся при усилении излучения в про дольно -неоднородной инверсной среде с быстро измешгоци-.ася параметрами, от-таякЕважа сктзгещестЕа о? вещества, действии потока фотонов на глазскчоскхе резонансно полярязуемие частицы ; изучить формирован я е инвзропк'заселенности на начальном этапе действия излучений евоолкгко чэр-кого тела с температурой 10 кэВ на атомы желе-

за и меди ; рассмотреть возможность использования антипротонов и электронно-позитронных пучков для генерирования мощных потоков коротковолнового излучения, изучить сопутствующие кооперативные эффекты.

Методика исследования. Для достижения цели работы использовались методы классической релятивистской механики, квантовой механики, классической и квантовой электродинамики, ядерной физики.

Научная новизна работы. В диссертации впервые показано, что совместное влияние быстрого изменения локальных параметров активной среды и ее продольных неоднородностей при определенных обстоятельствах приводит к уменьшению интенсивности излучения коротковолнового лазера при увеличении его длины. Предложен новый метод создания бегущей волны инверсии в активной среда ко -ротковолновых лазеров, состоящий в модулировании интенсивности излучения накачки ; найдена методика расчета такой модуляции. Впервые оценены параметры лазера, действующего на - пе-

реходах атомов позитрония, движущихся с релятивистскими скоростями. Предложены новые методы инициирования термоядерных микровзрывов, основанные на использовании электронно-позитронных пучков и антипротонов, аннигилирующих на многонуклонных ядрах. Впервые показано, что при удара твердого тела из антиводорода с характерными размерами порядка 1 т о поверхность твердого водорода со скоростью порядка 10 км/с произойдет быстрая аннигиляция значительной части антиводорода. Получены аналитические выражения, описывающие светоиндуцированное взаимодействие классических резонансно поляризуемых частиц при их нахождении в ловушке, допускающей одномерное движение.

Практическая значимость работы.' Разработана методика, позволяющая значительно уточнить определение коэффициента усиления ряда коротковолновых лазеров. Предложены способы повышения интенсивности излучения коротковолновых лазеров, в частности - новые методы реализации бегущей волны инверсии и защита зеркал разрушающимися экранами. Предложен новый источник перестраивав-

мого когерентного коротковолнового излучения - летящий лазер. Предложен мзтод подавления расходимости и, одновременно, повышения плотности пучка лептонов, используемого для сжатия и нагрева термоядерной мишени. Предложено инициирование термоядерных микровзрывов при помощи реакции аннигиляции. Возможно, такой подход позволит создать мощную малогабаритную энергетическую установку для косшческих аппаратов, относительно дешевую, на некотором этапе развития производства антивещества, по сравнению с устройствами, использующими только энергии аннигиляции.

Положения.диссертации, выносимые на защиту :

1. Показано, что для ряда коротковолновых лазеров, созванных к настоящему времени, изменение коэффициента усиления за время двие8Н1ш фотонов вдоль активной среды существенно влияет на вынужденное излучение и должно учитываться при экспериментальном определения коэффициента усиления. Это относится, например, к лазерам, действующим на Цр- переходах никельподобных ионов тантала ж вольфрама.

2. Показано, что при определенных условиях продольные неоднородности активной среды и быстрое изменение коэффициента уси -ления вызывают уменьшение интенсивности вынужденного излучения при увеличении длины однопроходного лазера.

3. Предложено создание бегущей волны инверсии заселенности в активной среде коротковолнового лазера за счет модуляции интенсивности излучения накачки. .

9. Предложено использование релятивистских коллинеарных пучков электронов и позитронов для создания летящего лазера, имеющего в лабораторной системе отсчета энергию кванта в несколько десятков - сотен эВ, а таюхе для инициирования термоядерных микровзрывов.

5. Показано, что при ударе твердого тела из антиводорода с характерными размерами порядка 1 мм о поверхность твердого водорода со скоростью порядка 10 км/с произойдет быстрая ■аннигиляция значительной части актиЕодорода, масса которой составляет десятки процентов от первоначальной. Это связано с высокой прозрачностью ангиводорэда для продуктов аннигиляции, расталкивав-

щих вещество и антивещество.

6. Показано, что в случае одномерного движения классических резонансно поляризуемых частиц зависимость эффективной потенциальной энергии светоивдуцированного взаимодействия от расстояния между частицами при определенных частотах излучения близка к ступенчатой.

Апробация работы. Основные результаты диссертации представлялись на Британо-Советском семинаре " Сегодня и завтра фотоионизации '* ( Ленинград, 1980 ) ; Международном симпозиуме " Коротковолновые лазеры и их применение " ( Самарканд, 1990) ; 15-й Международной конйесекции по процессам, связанным с рентгеновским излучением и внутренними электронными оболочками ( Ноксвилл, 1990 ) ; 2-м Международном коллоквиуме по рентгеновским лазерам ( Йорк, 1990) ; 17-й Международной конференции по физике электронных и атомных столкновений ( Брисбен, 1991 ) ; 10-м '."еждународном коллоквиуме по ультрафиолетовой и, рентгеновской спектроскопии астрофизической и лабораторной плазмы ( Беркли, 1992 ) ; 10-й Международной конференции по физике вакуумного ультрафиолетового излучения ( Париж, 1992 ) , а также на семинарах теоретических секторов ФТИ им. А.Ф.Иоффе.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 18 работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации -141 страница, включая 15 рисунков, 2 таблицы и список литературы из 122 библиографических наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертации вкратце изложена ее структура, сформулированы положения, выносимые на защиту.

Глава 1 диссертации посвящена рассмотрению вынужденного излучения при быстром изменении коэффициента усиления и наличии про-

дольных неоднородностей активной среды. В § 1.1 приведены данные из литературы, показывающие необходимость учета этих факторов при'описании ряда коротковолновых лазеров, активная среда которых создается одновременно по всей длине в результате действия на твердотельную мишень сфокусированного в линию мощного потока лазерного излучения £6-11,14-183 .

В § 1.2 получены выражения, описывающие излучение короткояи-вущих инверсных сред при учете спектральной зависимости коэффициента усиления. Для этой цели рассматривается усиление спонтанного излучения в рамках одномерной однопроходной модели без насыщения коэффициента усиления. Полагается, что активная среда поперечно однородна, занимает область О^эс^ ; детектор излучения расположен на оси активной среды, его продольная координата X - 0 . Коэффициент преломления среды полагается равным единице. Интенсивность излучения I определяется как количество фотонов, попавших в детектор за единицу времени. Полагается, что инверсия создается в момент времени Ь = 0 , при спонтанного излучения на частотах лазерной линии нет. Для. удобства вводится время 11 ■{ , отсчитываемое от момента попадания в детектор первых лазерных фотонов : — И — (Х^-О/с , где С - скорость'СЕета в вакууме. Значение коэффициента усиления на центральной частоте лазерной линии ^о в момент временив в-области с продольной координатой Х- обозначается через <¿(.0^ "Ь , зс). Основная зависимость Г" ("Ь^4) для доплеровски уииренной линии описывается выражением:

£ е&Ро,Й пЗ/г.

где

Ь ^

Ц Э0 ? о) = ^х ¿(¿0,^+ , х); (2.)

о •

использования формул { 1,2) при и/С ' необходимо ввес-

ти условие ( физически создание инверсии

при t-О соответствует условию с£( 0O/~t< О, 3d) i О У

Если С-(0о,о)»1 , формула (1У приобретает вид:

I(t На)

Выражение (1а) , при достаточно большом значении 6) ,

применимо для любого профиля лазерной линии.

В § 1.2 также предлагается модельная зависимость коэффициента усиления от времени, позволяющая описывать некоторые коротковолновые лазеры ; делается оценка расходимости излучения, учитывающая разлет активной среды за время L/С ; обсувдается возможность наличия обратной связи, описываемой малым эффективным коэффициентом отражения, но существенной вследствие большого однопроходного усиления, характерного для некоторых коротковолновых лазеров ( см. , например, [_19]) .

В § 1.3 рассматриваются эффекты, связанные с влиянием продольных неоднородностей активной среды на однопроходное усиление. Найдены модельные условия реализации бегущей волны инверсии, обусловленной неоднородностью накачки. При этом полагается, что зависимость интенсивности излучения накачки Г р от t" и X имеет вид Гр (t, X ) - f (t) £ ( X ) где f(t) некоторыо функции. Рассмотрены примеры, которые показывают, что волна инверсии может распространяться как в направлении увеличения, так и уменьшения .

Скорость распространения бегудей волны инвероий пропорциональна длине облучаемой при накачке области L^f- . При > С- увеличение W^y может привести к сильному уменьшению усиления. поэтому увеличение L , в том числе -г сопровсадаю-щзеся увеличением L , может ослабить винузденное излучение. Подобный эффект возможен и в отсутствие бегущей волны инверсии, что показано в § 1.3 при помощи модельных зависимостей параметров активной сред^ от t и X .

В главе 2 рассматриваются некоторые методы накачки коротко-

волновых лазеров, а тшке вопросы, связанные с повышением эффективности этого процесса за счет использования бегущей волны инверсии и многослойных зеркал.

В § 2.1 описываются основные процессы, приводящие к возникновению инверсии в активных средах лабораторных коротковолновых лазеров (.1,4-12,14-193.

В § 2.2 рассматривается создание инверсии за счет преимущественной фотоионизации внутренних электронных оболочек [_2, 5 Д . "В частности, рассчитаны скорости фотоионизации К - и и - уровней атомов железа и меди излучением абсолютно черного тела с температурой 10 кэВ , обозначенные далее ( для С -го уровня ) через Г^ . Так, для К , Ь ( , Ь , Ь ^ уровней г.елеза величины г• , при близком расположении атомов к абсолютно черному телу, составляет 7.8-1014 с"1 , 3.0-1014 с_< , 2.7-101'4 сИ , 5.3-юН"1,

соответственно. При мгновенном включении излучения в начальный период времени, меньший характерных времен происходящих в системе процессов ( см., например, £.'.'8-30.]) , концентрация вакансий на С -м уровне равна произведению ^ на время, прошедшее с момента включения излучения. Глк видно из приведенных данных, больше, чем ^ ( МН0;Н1тель 0.5 - отношение статистических весоз уровней К и , для лары уровней К к это отношение равно единице). Таким образом, в обсуждаемый начальный период времени между уров'нями К и , ' возникает инверсия заселенности. Далее в $ 2.2 показано, что переход вакансии £28,29] не вызывает исчезновения этой инверсии, таким образом, возмогло се суцествование в течение времени порядка Ю-2-0 с. Для меди ситуация аналогична.

3 5 2.3 предлот.ены ива новых способа создчяпя бегущей волны инверсии : поочередное облучение коротких соседних участков мишени пси поточи зетжчлънчх линий задчп'хкк излучения накалки и тдулкр^воняе однородного потока излучения нчкачки экраном. В этом параграфе также рассмотрены другие методы формирования бегущей тллки инверсии [>-0,13} .

В § . 4 эксперименты с негтользов'лннем • 'о?;Н1'х

зерна" (_ см., например, ^11,!-»Д"{1) и трод.'пжена ззас-тч таких

зеркал экранами, разрушающимися к моменту подхода основных отражаемых потоков вынужденного излучения, обоснована возможность эффективного применения таких экранов. Также предложена конструкция из тонких разрушающихся многослойных зеркал, последовательно вступающих в дейс. к:е.

В главе 3 рассмотрены некоторые возможные эксперименты с кол-линеарными электронно-позитронными пучками.

В § 3.1 предложен летяций коротковолновый лазер, действующий на Zp - 1Ъ переходах атомоз позитрония, движущихся с релятивистскими скоростями и образующимися в результате рекомбинации при совмещении пучков электронов и позитронов. При этом позитроний, б отличие от ионов или атомов, имеет две основные особенности. Во-первых, парапозитроний в состоянии быстро, по сравнению с характерны:.® временами радиационных переходов между его уровнями, аннигилирует,, переходя в два ^ - кванта £31] Это позволяет, в принципе, создать для парзлозитрония квазиста-ционарнуга инверсию заселенности по отношению к I -Ь уровню без дополнительных мер по его опустошению. Во-вторых, сравнительно малая масса Р.? приводит к тому, что при одинаковой с ионами или атомам температуре Т доплсэоьское ушцрение для позитроние-вого газа больше как минимум в десятки раз. Так, для Ир- "(Ь-перехода парапозитрония доллспозское улирение будет мало по сравнению с алнигиляционно-радиациоиным только в том случае, если Т« 7-10~^ К . Здесь и далее полагается, что распределение атомов Рз по скоростям в системе отсчета К', в которой их средняя скорость равна нулю, является максзеллОискии.

Таким образом, наиболее реалистическим представляется создание лазера с доплсэозсш;;; уппрониеи.При увеличении разброса скоростей атомов Рь произойдет перекрывание спектральных линий пара- и ортопозитрония. Можно показать, что тонкая структура линяй неразличима при Т>> 150 1С . При этом коэффициент усиления на центральной частоте линии -) который обозначим 49-рез Лр , определяется выражением

4 и«4] * гм [эв],

где А/¿р и Л/^с, - концентрации атомов позитрония в состояниях Лр и /Ь , вне зависимости от остальных квантовых чисел, - постоянная Больцмана ; параметры активной среды измеряются в системе К7. В рассматриваемом случае время существования инверсии может быть ограничено накоплением ортопозитрония в состоянии 1Я . Однако при приложении магнитного поля, ориентирующего спины электронов и позитронов в противоположных направлениях, возможно преимущественное образование парапозитрония [321 . В § 3.1 оцениваются и другие параметры обсуждаемого лазера, в частности - расстояние в лабораторной системе отсчета, необходимое для его действия, при этом полагается, что соответствующее время, измеренное в системе к' , составляет величину порядка 10"® с '. Также рассматривается возможность использования отракащих элементов и некоторые другие вопросы.

В § 3.2 предложено использование электронно-позитронных пучков для инициирования термоядерных микровзрнвов по схеме н непрямого " сжатия и нагрева мишени, согласно которой непосредственно на мишень.воздействует излучение, гонерируемое в результате торможения пучка в веществе с большим атомным номером ( см. [25-27^). В данном случае достоинством электронно-позитронного пучка по сравнению с электронным является зарядовая компенсация, позволяющая решить проблему его транспортировки на расстояние, достаточное для уменьшения воздействия микровзрыва на ускоритель , а также повысить плотность потока энергии ( см. [ 2б}) .

В § 3.3 сделан краткий обзор нескольких других возможных экспериментов с электронно-позитронными пучками (см., например, [32)).

В главе 4 рассматривается применение антивещества для аккумулирования энергии.

В § 4.1 сделан обзор литературы - см., например, £20-22^ . Излагаются основные преимущества обсуждаемого метода - возможность достижения наибольшего, по сравнению с другими устройствами, отношения з1«деляющейся полезной энергии к полной массе установки £20-32^} и создания источника энергии с нулевым иди, по кряйнеЛ мерз, сравнительно малым выходом нейтронов [22~\ . Предложено использование реакции аннигиляции для .ипадаировипи тер--

моядерных микровзрывов.

В § 4.2 рассматривается столкновение со скоростью \1 порядка 10 км/о " льдинки " из антиводорода, имеющей размеры порядка 1 мм , с_твердым водородом. Оценено максимально возможное отталкивание И _от твердого водорода. Полагается, что в процессе аннигиляции Н остается в твердой фазе, а все изменение_импульса продуктов аннигиляции, вызванное взаимодействием с Н • сообщается остатку " льдинки " как целому. В рассматриваемом столкновении основной источник энерговыделения - аннигиляция р ир, приводящая, в основном, к рождению нейтральных и заряженных пионовг средняя энергия которых составляет 358.5 МэВ и 374 МэВ, соответственно [.20 ^ . При энергии 374 МэВ полные сечения рассеяния 7Т и ЛГ"1" на р , которые обозначим через ¿тг"р и "р , составляют 1.53-10~^5 см*' и 5.1-10~^° см*- . соответственно СЗЗ^. Для оценки характерных расстояний потери импульса П — в твердом Н , обозначении через Сд*- , использованы эти сече::ля и формула Бете-Елоха, описывающая кулоновское взаимодействие со связанными позитронами (см. [33,341) . Результат имеет ввд :

- ~ 124 см , Lj^-i х 296 см . Нейтральные гогоныосравнительно быстро ( так, при энергии 358.5 МэВ - на пути 610 А ) распадаются, преимущественно - в два кванта ^20/ЗэЗ_. Эти ^ -кванты могут провзаимодействовать с Н , создав в поле р пару {_ 33, 34 3• Однако эффективное сечение такого процесса ( см. [34]) мало по сравнению с 6 /-¡--р .

В результате аннигиляции G-S- образуются фотоны с энергией 0.511 МэВ. Сечение рассеяния таких фотонов на в. порядка Ь^'р (см. [.34]) , но их полная энергия на три порядка меньше полной энергии 7Т— .

Аннигиляции р - р предшествует образование водородоподобно-го атома рр в состоянии с большим главным квантовым числом ■^ом. ^35,3б3 . .'о'хно показать, что при V ^ 10 км/с движение Н не будет остановлено за счет передачи ему импульса фотонов, испускаемых в результате излучательных переходов между уровнями такого -'.тома. Более подробного анализа требует рассмотрение Оже -процессов дсзозбу-хденяя я томов рр , яеоЯходююоть учета кото-ркх 'отмечэнч Ч.Е.Кут:евкм.- Данные работ ^25,ЗбД позволя-

ют предположить, что влияние этих процессов мало. Так, при об-суждаемом'"Т)же-эффекте предпочтительно сообщение лептону малой энергии, сопровоадаодееся изменением Г) на единицу или на минимальное число, совместимое с законом сохранения энергии []36_] . Вследствие быстрой аннигиляции в 5 -состояниях (см. [Зб}) существование большого количества атомов рр в состояниях с малым П представляется маловероятным. Скорости 10 км/с соответствует энергия антипротона 0.5 эВ, существенно повлиять на движение которого может только столкновение с электроном, имеющим энергию порядка 102 эВ и выше. Отметим.также, что, согласно [35) , при столкновении атомов Н и Н с энергией порядка 0.11 эВ эффективное сечение образования атома рр и, одновременно, Рз , значительно превосходит квадрат Боровского радиуса. Поэтому, возможно, в процессе столкновения твердых тел произойдет обеднение области их соприкосновения лептонами, вызванное формированием и вылетом атомов Р$ . Кроме того, образование атомов рр в состояниях с большим Л приведет к формированию инверсной заселенности, во всяком случае - по отношению к корот-коживущим (см. 5 -уровням. Возможно, в систеио возник-

нет мощный поток вынужденного излучения, распространяющийся в плоскости контакта и приводящий к зачетному ускорению излуча-тельных переходов. Это может привести к дополнительному подавлению оже-процессов, особенно - при индуцировании переходов на уровни. _ '

Таким образом, основное отталкивание Н вызывается 7Т — . Вследствие относительно больших величин при 10 км/с

и размерах " льдинки " порядка 1 мм произойдет быстрая аннигиляция значительной части антиводорода.

В § 4.3 показано, что элективное использование антипротонов для генерации излучения возмо;!сно только при их аннигиляции на многонукпонных ядрах.

В главе 5 рассматривается светоиндуцированиое взаимодействие классических резонансно поляризуемых частиц.

В § 5.1 сделан краткий обзор литературы ( см., например,123, 24)). .

В § 5.2 рассмотрена ситуация, когда электронейтрадьние одина-

ковые частицы находятся в ловушке, допускающей их движение вдоль одной линии. Полагается, что вектор электрического поля линейно поляризованной электромагнитной волны направлен по этой линии. Скорости частиц малы, эффектом Доплера можно пренебречь; взаимодействие Ван-дер-Ваальса не учитывается. Частицы описываются как гармонические осцилляторы, расстояние между ними обозначено через К . Полагается, что

к«С1к/сд)С , (2)

где и) - частота электромагнитной волны. Взаимодействие частиц обусловлено взаимодействием Индуцированных диполей, которое, вследствие (.3) , молено считать электростатическим, легко показать, что оно приводит к притяжению. Полученное вирамение для усредненной по времени силы светоиндуцированного взаимодействия использовано для определения этфективной потенциальной энергии 1/(2.) . Поскольку па больших расстояниях рассматриваемая сила мяла, ограничение (3) при ее интегрировании по координате не учитывается. Виракение, огтисывапцее (/(К) , имеет вид

где<10 - поляризуемость осциллятора в статическом поле, и>0 -собственная частота изолированного осциллятора,Ь0 - амплитуда электрического поля волны, / - декоемент затухания, ^¿о ( =

Предположим, что величина Ш - СО — ии о отрицательна, а | лш I в несколько раз превышает % . ;'з (4 ) видно, что в этом случйо при достаточно матах Я , когда, например, «¿о^о/К ^ >, , зависимость потешглалъной энергии от расстояния

почти исчезает :

• колебаний сляпало только с потерями на излучение

то величина ^ , как и «¿0 , пропорциональна количеству атомов, формирующих частицу ( при этом ^ в Д0а раза больше соответствующего параметра отдельной частицы ) . Поэтому для оценки в (4а) в подобном случае можно подставить величины, характерные для атома. Используем следующие значения:Х0 = 10 см3 , <л)0/^ = 107 (см., например, C3l]) . В этом приближении при мощности падающего излучения 100 Вт/см2 энергия связи, определяемая выражением (4а) , составляет приблизительно 0.1 К. При низкой температуре такое взаимодействие существенно.

В Заключении подводятся итоги проведенных исследований и обсуждаются некоторые возможные направления их продолжения.

Основные' результаты диссертации опубликованы в работах :

1. Амусья М.Я., Шматов М.Л. Фотоионизация внутренних оболочек атома тепловым излучением // Письма в ПТФ. - 1988. - Т.14, В.14. - С. 1249-1252.

2. Амусья М.Я., Шматов М.Л. Модель для описания излучения корот-коживущих усиливающих сред // Письма в ЖТФ. - 1990. - Т.16, В.12. - С. 45-49.

3. Amusia M.Ya., Shmatov M.L. Radiation of short-living lasers // 15-th Intern. Conf. on X-Ray and Inner-Shell Processes

. ( X-90 ): Progr. and Book of Abstracts. - Krioxvill ( USA ), 1990. - P. B05.

Shmatov M.L. Radiation of lasers with arbitrary gain-time dependence // 2-nd Intern. Coll. on X-Ray Lasers t Conf. Handbook. - York ( VK ), 1990. - 1? Sept., Poster Session.

5. Shmatov M.L. Radiation of short-living inverted plasma media // Preprint of A.F.Ioffe Phys. Techn. Institute. -1990. - N 1483.

6. Амусья М.Я., Шматов М.Л. Классическое описание притяжения резонансно поляризуемых частиц в поле световой волны // Письма в КТО. - 1990. - Т;16, В.24.- С. 10-14.

?. Амусья М.Я., Шматов М.Л. Влияние границы плазма-вакуум на излучение лазеров без зеркал // Письма в ГГФ. - 1990. -Т.16, В.24. - С. 63-68. 8. Шматов М.Л. Возможный эксперимент по изучению усиления на переходе Зр (J"=0) - 3S (J =l) иеоноподобного иона селена

- 17 -

// Письма в ЖТФ. -1991. - Т. 17, В.5. - С. 84-89.

9. Азимов Я.И., Амусья М.Я., Шматов М.Л. Соударение макроскопического объема антивещества с веществом // Письма в ЖТФ. - 1991. - Т.17, В.8. - С. 52-56.

10. Шматов М.Л. Описание излучения короткоживущих инверсных сред при учете спектральной зависимости коэффициента усиления // Препринт <Ш им. А.Ф.Иоффе АН СССР. - 1991. - № 1544.

11.Amusia M.Ya., Shmatov M.L. Photoionization of inner atomic shells by thermal radiation // UK/USSR Seminar "Today and tomorrow in photoionisation" ( Leningrad, 1990 )« Proc. -Daresbury Lab. ( UK ). -'1991, P. 184-186.

12. Amusia I.I.Ya., Shmatov M. Ligth Induced Attraction of Classical Resonantly Polarizable Particles // 17-th Intern. Conf. Phys. Electr. At. Coll. ( XVII ICPEAC ): Abstr. of Contr. Papers.- Brisbane ( Australia ),' 1991. - P. 589.

13. Shmatov M.L.-Decrease of intensity of the single-pass laser with increase of its length // Preprint of A.F.Ioffe Phys. Techn. Institute. - 1991. - N 1559.

14-. Amusia M.Ya., Shmatov M.L. "Flying" laser ( about some

possible experiments with electron-positron collinear beams ) // J. Phys. В s At. Mol. Opt. Phys. -' 1992. - V.25, N 12. - L. 313-317.

15. Amusia M.Ya., Shmatov M.L. "Flying" laser ( some possible experiments with electron-positron collinear beams ) // 10-th Intern. Conf. Vacuum Ultraviolet Rad. Phys. (VUV 10)s Sci. Prog, and Abstr.- Paris (France), 1992. - Mo 55.

16. Шматов М.Л. Использование антивещества для непрямого сжатия и нагрева термоядерных мишеней // Письма в ЕТО. - 1992. -Т. 18, В. 17. - С. 80-34.

17. Пматов М.Л. Зозмо.лность случайной реализации бегущей волны инверсии в экспериментах с коротковолновыми лазерами // Письма в - 1992. - ?. 18, В. 18. - С. 37-42.

18. I,матов '.Л. Защита зеркала коротковолнового лазера разрушающимся экраном // 'Письма в НГ5.-1992.-Т.18,3.21.-С. 6-11.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

I.,Тудзенко Л.И., Шелепин Л.А. Усиление в рекомбинируэдей плазме // ДАН. - 1965. - Т.160, й 6. - С. 1297-1299.

2. Duguay I/I.A., Rentzepis P.M. Some approaches to vacuum UV and X-Ray lasers // Appl. Pbys. Lett. - 19&7. - V. 10,

H 12. - P. 350-352.

3. McGuire S.J. Soft X-Ray Amplified Spontaneous Emission via the Auger Effect // Phys. Rev. Lett. - 1975. - V.35, N 13. -P. 844-64-8.

4. аерихин A.H., Кошелев K.H., Летохов B.C. Об усилении в области далекого вакуумного ультрафиолета на переходах многозарядных ионов // Квант, электроника.- 1976.- Т.З, № 1.-С.152-156.

5. Чаплин Дк., Вуд Л. Рентгеновские лазеры // УФН. - 1977. -Т.121, В.2. - С. 331-344.

6. Белов А.Л., Еункин Ф.В., Яковленко С.Л. Усиление спонтанного излучения без резонатора при рекомбинационной накачке рабочего перехода многозарядного иона// Препринт ИОФАН.-1985т №316.

7. Was the Livermore X-Ray Laser Pumped by Recombination ? / J.P.Apruzese, ¿-.Davis, M.Blaha et al. IJ Phys. Rev. Lett. -1985. - V. 55, N 18. - P. 1877-1879.

8. Ceglio N.M. Time and space resolved spectroscopy of x-ray laser experiments // Laser Interaction and Related Plasma Phenomena. - 1986. - V. 7. - P.'39-51.

9. Боровский А.В., Коробкин В.В., Мухтаров Ч.К. Об усилении спонтанного излучения в нестационарных плазменных шнурах // Квант, электроника. - 1987. - Т.14, № 11. С. 2269-2280.

10. Calculation: for Ki-like Soft X-Ray Lasers: Optimisation for W( 43.1 A ) / S.Maxon, S.Dalhed, P.L.Hagelstein et al. // Phys. Rev. Lett. - 1989. - V. 63, N 3. - P. 236-239i N 17. - P. 1896 ( errata ).

II. Soft x-ray laser development and applications experiments at Lawrence Livermore National Laboratory / C.J.Keane, Н.Ц. Ceglio, B.J.MacGowan et al. // J.Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. - 1989. - V. 22, N 21. - P. 3342-3362.

12. Афанасьев Ю.В., Шляпцев B.H. Формирование инверсии на переходах А/е - подобных ионов в стационарной и нестационарной

плазме // Квант, электроника.-1989.-Т.16,№ 12.С.2499-2509.

13. Prospects for X-Ray Amplification with Charge-Displacement Self-Channeling / J.C.Solem, T.S.Luk, K.Boyer, C.K.Rhodes // IEEE J. Quant. Electr. - 1989. - V.25, H 12. - P. 242324-30.

14. Recombination scheme in lithium-like iones for X-UV amplification / G.Jamelot, A.Carillon, A.Klisnick, P.Jaegle // Appl. Phys. B. - 1990. - V. 50. - P. 239-246.

15. Demonstration of X-Ray amplifiers near the carbon К edge // B. J.ilacGowan, S.i!axon, L.B. Da Silva et al. // Phys. Rev. Lett. - 1990. - V. Ï5, N 4. - P. 420-423.

16. Explosive-'.îode Short '.Vavolength Recombination Balmer-Laser / Y.Kato, H.Azuaa, K.Murai et al. // ILS Research Report. - 1990. - ILS 9010 P.

17. Effects of irradiation non-uniformity on X-Ray laser Physics / J.C.Kieffer, M.Chaker, H.Pépin et al. // Opt. Comm.

- 1991. - V. 84, ОТ 3,4. - P. 208-213.

18. Saturated and near-diffraction-limited operation of an XUV laser at 23.6 nm / A.Carillon, H.Z.Chen, P.Dhes et al. // Phys. Rev. Lett. - 1992. - V.68, N 19.- P. 2917-2920.

19. Observation of gain-narrowing and saturation behavior in

Se X-ray laser line profiles / J.A.Koch, B.J.MacGowan, L.B. 3a Silva et al. // Phys. Rev. Lett. - 1992. - V.63, N 22.

- P. 3291-3294.

20. Vulpetti G. A propulsion-oriented synthesis of the antiproton-nucleon annihilation experimental results // JBIS. -

- 1984. - V.37, 1< 3. - P. 124-134.

21. '.Valgate R. Defence lobby eyes antimatter // Nature. - 1986.

- V. 322, N 6081.-P. 678.

22. riordley G.D. Application of antimatter-electric power to interstellar propulsion // JBIS. - 1990. V.43, N 6. -• P. 241-258.

23. Kazantsev A.P., Sokolov V.P. Stimulated Coulomb interaction of nouerai atoms // Opt. Acta.-1980.-V.27, И 3.-P.269-273-

24. Burns :.:.!,!. , Pcurnier J.--!., Golovchenko J.A. Optical Bind-in,; // Fhyj.Sev.Lesç.- 1969.- V.63, 12.- ?. 1233-1236.

25. Выход термоядерных нейтронов из плазмы, сжимаемой оболочкой / С.Л.Боголюбский, Б.П.Герасимов, В.И.Ликсонов и др. // Письма в 2ЭТФ. - 1976. - Т.24, Я 4. - С. 206-209.

26. Басов Н.Г., Лебо И.Г., Розанов В.Б. Физика лазерного термоядерного синтеза. - М.: Знание, 1S88. - 176 с.

27. Meyer-ter-Vehn J. Inertial Confinement Fusion Driven by Heavy Ion Beams // Plasma Phys. Contr. Fusion. - 1989. -V. 31, N 10. - P. 1613-1628.

28. McGuire E.J. Atomic L-Shell Coster-Kronig, Auger, and Radiative Rates and Flourescenca Yields'for Na-Th // Phys. Rev. A. - 1971. - V. 3, N 2. - P. 587-594-•

29. McGuire'E.J. L-Shell Auger and Coster-Kronig Electron Spectra// Phys .Rev. A.-1971 .-V.3» N 6. - P. 1801-1810.

30. Walters D.L., Bhalla C.P. Nonrelativistic Auger Sates, X-Ray Sates, and Fluorescence Yields for the К Shell // Phys. Rev. A. - 1971. - V.3, N 6. - P..1919-1927.

31. Бете Г., Солпитер Э. Квантовая механика атомов с одним и двумя электронами. Пер. с англ.- Pi.: Физматгиз, 1960.-564 с.

32. Ривлин Л.А. О•стимулировании двухквантовой аннигиляции релятивистских электронов и позитронов // Квант, электроника.

- 1978. - Т. 5, Л 11. - С. 2497-2501.

33. Фрауэнфельдер Г., Хенли Э. Субатомная физика. Пер. с англ.

- М.: Мир, 1979. - 736 с.

'34. Берестецкий В.Б., Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Квантовая электродинамика. - М.: Наука, 1989. - 728 с.

35. Junker B.R., Bardsley J.N. Hydrogen-Antihydrogen Interactions // Phys. Rev. Lett.-1972.- V.28, N 19. - P. 1227-1229.

36, Reifenrother G., Klempt E. Antiprotonic hydrogen: From atomic capture to annihilation // Nucl. Phys. A. - 1989.

- V. 503. - NN 3,4. - P. 885-898.

РТП ПИЯФ, зак.2, тир.100, уч.-изд.л.1; 23/ХЛ-1992 г.

Бесплатно