Методики и приборы рентгеновской и флуоресцентной спектроскопии для исследования быстропротекающих процессов в горячей плазме, конденсированных и гетерогенных средах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

Токарев Владимир Анатольевич

МЕТОДИКИ И ПРИБОРЫ РЕНТГЕНОВСКОЙ И ФЛУОРЕСЦЕНТНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ БЫСТРОПРОТЕКАЮЩИХ

ПРОЦЕССОВ В ГОРЯЧЕЙ ПЛАЗМЕ, КОНДЕНСИРОВАННЫХ И ГЕТЕРОГЕННЫХ

СРЕДАХ

01.04.07 - физика конденсированного состояния 01.04.01 - приборы и методы экспериментальной физики

~ 2 ЛЕК 2010

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Нижний Новгород 2010

004614905

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики.

Научные консультанты: доктор физико-математических наук,

профессор Чупрунов Евгений Владимирович доктор физико-математических наук, профессор Бабич Леонид Петрович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор, Бушуев Владимир Алексеевич

доктор физико-математических наук, Дроздов Юрий Николаевич

доктор физико-математических наук, профессор Филатова Елена Олеговна

Ведущая организация: Физический институт РАН им. П.Н. Лебедева

Защита состоится _22_ декабря 2010г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.166.01 при ГОУ ВПО «Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского» по адресу: 603950, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского.

Автореферат разослан сентября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор физико-математических наук, / ) /О

профессор / у^у А.И. Машин.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования

Рождение техники генерирования импульсов электромагнитных полей длительностью менее 10*8 с относится к 30-м годам 20-го века. С тех пор ведутся исследования макроскопических процессов, протекающих под действием этих импульсов в различных средах. Первые исследования с импульсами наносекундного диапазона (электрические разряды в плотных газах) выполнены Ньюменом [1], Флетчером [2] и Дики [3] с уменьшающимся интервалом времени между опубликованием полученных результатов: 12 лет и 3 года, соответственно, что свидетельствует о растущем интересе к этой области. В 50-е и 60-е годы 20-го века совершенствовалась техника генерирования сверхкоротких импульсов, стремительно сокращалась их длительность. Область исследования процессов, развивающихся под действием сверхкоротких импульсов, расширялась, исследования углублялись, точность повышалась. Уже более полувека устройства, генерирующие импульсы длительностью порядка 1 не, не являются экзотическими. Исследования процессов, протекающих под их действием, являются предметом множества публикаций. В настоящее время техника генерирования сверхкоротких импульсов электромагнитного излучения осваивает аттосекундный диапазон (лазерное излучение) [4].

Область исследований и технических применений сверхкоротких импульсов охватывает электрические разряды разных типов в газах и вакууме, твердотельную и газовую квантовую электронику, ядерный синтез, газоразрядные, плазменные и вакуумные источники импульсов проникающих излучений (электроны высоких энергий, нейтроны, рентгеновское излучение), биологические структуры и т.п.

Многие процессы, протекающие под действием сверхкоротких электромагнитных импульсов, сопровождаются генерацией рентгеновского излучения, которое несет информацию о фундаментальных элементарных процессах, отвечающих за динамику макроскопического процесса. Так, обнаружение импульсов рентгеновского излучения (РИ) пикосекундного диапазона с непрерывным спектром из газовых разрядов позволило установить, что в плотных газовых средах при давлениях вплоть до 1-Ю5 Па. генерируются сверхкороткие импульсы электронов высоких энергий [5-7]. По линейчатому спектру РИ определяется ионный состав, плотность электронов и температура плазмы. В экспериментах по лазерному термоядерному синтезу с помощью рентгеноспектральных методов диагностики удается определить параметр инерциального удержания плазмы, плотность холодной сжатой области и температуру горячего ядра мишени [8]. Для исследований быстропротекающих процессов по сопутствующему РИ необходимы адекватные методики и аппаратура.

з

Некоторым достижением в этой области посвящены первые две главы, приведенные в настоящей диссертации.

Для диагностирования РИ плазмы в качестве спектральных элементов обычно применяются различные рентгеновские зеркала и дифракционные решетки. Рентгеновские зеркала представляют собой конденсированные структуры различных атомов, осажденных на зеркальную подложку. Каждая такая структура имеет индивидуальные спектральные характеристики, от стабильности которых зависит точность диагностирования плазменных источников. При расположении рентгеновских зеркал вблизи мощных плазменных источников они подвергаются световому, рентгеновскому и корпускулярному воздействиям, которые приводят к быстрой их деградации [9-11]. Для обеспечения условий безопасной эксплуатации зеркал необходимо знать предельные, вызываемые вышеперечисленными факторами, радиационные воздействия и тепловые нагрузки, при которых еще не происходит заметного изменения отражательной и селектирующей способности зеркал. К примеру, коэффициент отражения рентгеновских зеркал является сложной функцией периода структуры, пары используемых веществ, их толщины, числа слоев и характера межплоскостных шероховатостей [12,13]. Все эти характеристики меняются под воздействием радиации и нагрева.

При изучении флуоресценции гетерогенных сред, каковыми являются белковые структуры, в качестве источника возбуждения среды можно применять как мягкое РИ плазмы и синхротронных ускорителей, излучающих в диапазоне длин волн Л с нижней границей внутри "водяного окна" (2,33-4,36) нм, так и лазерное излучение. Для исследования процессов флуоресценции необходимы источники возбуждения, длительность импульса которых должна быть сопоставима или меньше длительности самого процесса. В связи с освоением диапазона ~Ю'10с необходимы соответствующие возбуждающие импульсы. Создание источников мягкого РИ с такими длительностями - сложная и дорогостоящая задача. Гораздо проще и дешевле применять импульсы лазерного излучения с оптимальной длиной волны для эффективного выхода флуоресценции. В последние годы были разработаны новые подходы к изучению флуоресцентными методами структуры транспортного белка - альбумина. Эти подходы позволяют на основании данных о затухании флуоресцении в наносекундном диапазоне рассчитывать абсолютные концентрации и локализацию разных типов молекул, принимающих участие во флуоресценции, и, следовательно, изучать весь спектр конформационных состояний центров в макромолекуле, содержащей флуорофоры [14-16].

Целью диссертационной работы является создание экспериментальных методик для исследования быстропротекающих процессов в горячей плазме, конденсированных веществах и гетерогенных

средах.

Для достижения этой цели решались следующие задачи:

1. Создание аппаратуры для проведения измерений параметров РИ с высоким временным, спектральным и пространственным разрешениями в диапазоне Ьу=0,05+3 кэВ.

2. Создание аппаратуры для абсолютной калибровки разрабатываемых спектральных приборов и их рентгенооптических элементов в диапазоне энергий квантов (0,1-г8) кэВ.

3. Разработка методик восстановления спектров РИ горячей плазмы.

4. Разработка методик калибровки разрабатываемых спектральных приборов и их рентгенооптических элементов в диапазоне энергий квантов (0,1+8) кэВ.

5. Разработка методик проведения экспериментов по исследованию лучевой стойкости рентгеновской оптики.

6. Создание установки для изучения флуоресценции гетерогенных сред с пикосекундным временным разрешением.

7. Разработка методик проведения экспериментов с белковыми структурами на основе сыворотки человеческого альбумина.

8. Разработка методик восстановления спектральной флуоресценции белковой структуры на основе сыворотки человеческого альбумина.

Научная новизна заключается в следующем.

1. Разработаны и введены в эксплуатацию новые абсолютно-калиброванные многоканальные спектрометры непрерывного РИ на основе многослойных рентгеновских зеркал и кристаллов, позволяющие проводить интегральные и временные измерения в диапазона энергий квантов Ьу=(0,2-3) кэВ.

2. Разработаны и введены в эксплуатацию новые спектрографы на дифракционной решетке с плоским полем регистрации, позволяющие проводить интегральные по времени измерения линейчатого и непрерывного РИ в диапазоне Ьу=(0,05+0,7) кэВ с разрешением ~250 мкм в пространстве и Е/ДЕ ~200 по энергиям.

3. Введен в эксплуатацию уникальный, обладающий широкими возможностями, комплекс калибровочных установок, позволивший провести исследование характеристик рентгенооптических элементов (многослойных рентгеновских зеркал, дифракционных решеток и рентгеновских фильтров) и регистраторов РИ (рентгеновских пленок и вакуумных рентгеновских диодов) в диапазоне Ьу=(0,1-ь8) кэВ с высоким спектральным разрешением Е/ДЕ ~20-г2000.

4. Впервые в экспериментах на установках "Искра-4" и "Искра-5" с различными типами мишеней с помощью разработанного комплекса приборов измерены спектры РИ в диапазоне Ьу=(0,05ч-3) кэВ с высоким временным и спектральным разрешениями.

5. Впервые на установке "Искра-5"получена генерация лабораторного рентгеновского лазера на Ne-подобном германии.

6. Впервые получены спектр РИ и температура водородной плазмы в экспериментах с термоядерной камерой МАГО.

7. Впервые на установках "Искра-4" и "Искра-5" проведена серия экспериментов и получены результаты по стойкости рентгенооптических элементов при воздействии на них мощных потоков лазерного и рентгеновского излучений наносекундной длительности.

8. Впервые методом флуоресцентной спектроскопии показано, что у больных шизофренией наблюдаются конформационные изменения в молекуле альбумина.

Практическое значение работы

Результаты проведенных исследований могут быть использованы:

> для создания рентгеновских спектральных приборов на мощных установках (ИТЭР, NIF, Искра-6) по исследованию управляемого термоядерного синтеза;

> для создания средств интерферометрии и теневой рентгенографии горячей плазмы с помощью PJI;

> для получения безосколочных источников РИ для рентгеновской литографии;

> для определения термической стойкости различных рентгеновских зеркал, располагающихся вблизи мощных источников лазерного и рентгеновского излучений;

> для создания приборов на основе флуоресцентной спектроскопии для диагностики и лечения больных шизофренией;

> в исследованиях молекулярной природы конформационных изменений в молекуле альбумина у пациентов с депрессией.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Комплекс методик и абсолютно-калиброванных спектральных приборов для измерений характеристик РИ горячей плазмы в спектральном диапазоне hv=(0,05-3) кэВ с высоким спектральным (Е/АЕ -20+2000), временным (т~0,2 не) и пространственным (~250 мкм) разрешениями.

2. Калибровочный комплекс методик и приборов, позволивший провести исследование с высокой точностью (2-10%) абсолютных характеристик рентгенооптических элементов (многослойных рентгеновских зеркал, дифракционных решеток и рентгеновских фильтров) и регистраторов РИ (рентгеновских пленок и вакуумных рентгеновских диодов) в диапазоне hv=(0,l+8) кэВ с высоким спектральным разрешением Е/АЕ -20-2000.

3. Методика, позволяющая в квазистационарной схеме накачки измерять расходимость, угловое отклонение и коэффициент усиления лазерных рентгеновских линий Ne-подобного германия.

6

4. Методика, позволяющая проводить измерения спектра и температуры водородной плазмы с временным т~0,2 не и спектральным Е/ДЕ ~10 разрешениями в экспериментах с термоядерной камерой МАГО.

5. Методы, позволяющие определять стойкость рентгенооптических покрытий зеркал при воздействии на них мощных потоков лазерного и рентгеновского излучений наносекундной длительности.

6. Метод, позволяющий определять конформационные изменения в молекуле альбумина у пациентов с шизофренией на основе флуоресцентной спектроскопии.

Личный вклад автора

Автором разработаны описанные в диссертации методики и осуществлена их техническая реализация. Все измерения и обработка спектров РИ проведены автором. При определяющем участии автора были проведены исследования по лучевой стойкости рентгеновской оптики. Рентгенографические измерения многослойных зеркал и зеркал ПВО проведены совместно с Рощупкиным Д.В. и Трушиным В.Н. Результаты численного моделирования получены совместно с Рогачевым В.Г., Насыровым Г.Ф. и Баховым К.И.. В соавторстве с Бессарабом A.B. и Куниным A.B. разработан 8-ми канальный спектрометр РИ. В соавторстве с Бессарабом A.B. выполнены работы по созданию калибровочного рентгеновского комплекса. В соавторстве с Стариковым Ф.А. и Бессарабом A.B. выполнены работы по созданию лабораторного рентгеновского лазера. Исследования молекулярной природы конформационных изменений в молекуле альбумина у пациентов с шизофренией на основе флуоресцентной спектроскопии проведены совместно с Узбековым М.Г., Добрецовым Г.Е. и Грызуновым IO.A.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: SPIE Iodine Lasers and Applications (1992), 24th ECLIM (Madrid, 1996), 9-е совещание по диагностике высокотемпературной плазмы ( Санкт-Петербург, 1997), 25th ECLIM (1998), 5 Международные Забабахинские Научные чтения (Снежинск, 1998), Рабочее совещание "Рентгеновская оптика-2000" (Н. Новгород, 2000), Рабочее совещание "Рентгеновская оптика-2002" (Н. Новгород, 2002), Международная конференция «IV Харитоновские тематические научные чтения. Физика лазеров. Взаимодействие лазерного излучения с веществом» (Саров, 2002), Technical Digest of the International Quantum Electronics Conference (Moscow, 2002), XXX Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС, (Звенигород, 2003), SPIE Soft x-ray lasers and applications (San-Diego 2003), Рабочее совещание "Рентгеновская оптика-2003" (Н. Новгород, 2003), XV международная конференция по использованию СИ (Новосибирск, 2004), 11-ая всероссийская конференция по диагностике высокотемпературной

плазмы (Москва, 2005), 2nd European Conference on Schizophrenia research, (Берлин, 2009), 2nd Eastern European Psychiatric Congress (Moscow, 2009), Traditions and Innovations in Psychiatiy WPA Regional Meeting Materials (St. Petersburg, 2010)

Публикации

Основное содержание диссертации отражено в 45 работах, из них 24 статьи в рецензируемых научных журналах, в том числе в 18 журналах рекомендуемых ВАК, 20 докладов в трудах симпозиумов, конференций и семинаров.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, двух приложений и списка литературы. Она содержит 242 страницы, включая 142 рисунка и 15 таблиц. Список цитированной литературы насчитывает 136 наименований.

Во введении оценивается актуальность темы, научная новизна, практическая значимость работы, сформулирована цель диссертационной работы и положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена разработке методик и приборов для исследований спектров РИ горячей плазмы.

Разработана компьютерная программа, позволяющая вычислять коэффициенты отражения для покрытий рентгеновских зеркал полного внешнего отражения (ПВО) с учетом шероховатостей и коэффициентов пропускания рентгеновских фильтров в спектральном диапазоне (0,014-30) кэВ для всех элементов таблицы Менделеева.

Выполнен анализ требований к рентгеноспектральным приборам для регистрации РИ на различных установках и их элементной базе.

Для каждого диапазона энергий квантов выбраны следующие диспергирующие элементы и регистраторы:

- для диапазона hv=(0,03-b0,5) кэВ были применены сферические дифракционные решетки (ДР) с переменным шагом штрихов, осуществляющие фокусировку излучения на плоскости, а в качестве регистратора - фотопленка УФ-4;

- для диапазона hv=(0,2-rl,5) кэВ были использованы многослойные рентгеновские зеркала (МРЗ) и зеркала ПВО, а в качестве регистраторов -фотопленка УФ-4 и вакуумные рентгеновские диоды (ВРД);

- в диапазоне hv=( 1,5-^3) кэВ были применены кристаллы КАР, а в качестве регистратора - фотопленка УФ-4.

Решающие факторы при выборе детекторов:

- низкая стоимость;

- возможность построения на их основе компактных приборов;

- надежность;

- простота калибровки и эксплуатации;

- регистрация РИ с высокими пространственным и временным разрешениями.

Описан разработанный автором комплекс приборов для регистрации спектра РИ горячей плазмы. Комплекс состоит из спектрометров на рентгеновских зеркалах и кристаллах на диапазон (0,2+3,2) кэВ и спектрографов на отражающих ДР на диапазон (0,05+0,7) кэВ. Описаны методики обработки рентгеновских спектров.

Для исследования спектров РИ плазмы с высокими спектральным и пространственным разрешениями был разработан обзорный спектрограф на отражающей сферической дифракционной решетке с переменным шагом штрихов, что позволило в диапазоне энергий Ьу от 0,05 до 0,5 кэВ на регистраторе формировать плоское поле.

Внешний вид и оптическая схема спектрографа представлены на рисунке 1.1.

1. пространств, щель

2. входная щель

3. вторая щель

4. корпус

5. диф. решетка

6. юстировоч. зеркало

7. смотровое окно

8. кассета

1 15 см 1

Рисунок 1.1 - Внешний вид и оптическая схема спектрографа

Условие максимумов классической вогнутой дифракционной решетки определяется известным уравнением [17]:

тЛ=с1{зт(а)+8т(р)], (1.1) где т - порядок дифракции, с! — постоянная решетки.

Для данного спектрографа длина волны в зависимости от положения спектральной линии на регистраторе определяется по формуле:

тЛ=с!{со^Са)-соз(аг^((1+г а))/г))], (1.2) где т=1 - первый порядок дифракции, (1= 1/1200 мм, 1 - расстояние от нулевого порядка до исследуемого участка спектрограммы, г =170 мм -расстояние от центра решетки до плоскости регистрации, а - угол падения излучения на решетку.

Линейная дисперсия Б; прибора определяется по формуле:

Г1 l + z■íga -,

т • 2 ■ [1 + (-М]

А= —=-1—--, (1-3)

с1 ■ -—)]

тогда для длин волн 33,7; 120,5 и 182,1 А, спектральное распределение которых представлено на рисунке 1.2, обратная дисперсия составляет \Ю\ = 5; 8,5 и 10 А/мм соответственно. Точность определения положения спектральных линий на регистраторе при обработке составляла ~ 0,05 мм, что обеспечивало точность определения длин волн ~0,25; 0,42 и 0,5 А соответственно.

Рисунок 1.2 - Спектральное распределение интенсивности водородоподобных ионов углерода

Для определения реального разрешения прибора использовались линии, спектральное распределение интенсивности которых представлено на рисунке 1.2. Ширина линий на полувысоте составила 0,29; 0,73 и 1 А для длин волн 33,7; 120,5 и 182,1 А, что отвечает разрешающей способности 7JAX = 116, 165 и 182 соответственно. Таким образом, предельное спектральное разрешение спектрографа на отражающей ДР с плоским полем регистрации составляет }JAX~ 180.

Эффективности отражения решетки спектрографа соотносятся 1 / 0,32 / 0,2 в первом, втором и третьем порядках дифракции соответственно.

Для получения изображения источника РИ перпендикулярно оси дисперсии спектрографа перед входной щелью установлена пространственная щель шириной 120 мкм, что позволяло получать пространственное разрешение ~ 250 мкм.

Восстановление спектра производилось с учетом вклада высших порядков дифракции, данных абсолютной чувствительности фотопленки и экспериментальных данных о коэффициенте отражения и спектральном разрешении ДР.

Оценка чувствительности прибора для энергии квантов Ьу=0,27 кэВ (А. = 44,7 А) показала, что для получения плотности почернения Б = 1 на пленке типа УФ-4 на входной щели прибора необходимо обеспечить поток квантов с плотностью Рри~(10п-т-1012) кв/см2. При этом плотность потока квантов в плоскости регистрации составит ~109 кв/см2.

Для исследования интегральных спектральных характеристик РИ плазмы в диапазоне от 0,22 до 3 кэВ был разработан двенадцатиканальный узкополосный спектрометр на многослойных рентгеновских зеркалах (МРЗ) и кристаллах [18]. В качестве регистратора использовалась пленка УФ-4. При разработке спектрометра учитывалось, что поперечный размер плазменного источника Рй в экспериментах может достигать ~ 1 мм, а расстояние источник - регистратор, исходя из размеров камеры взаимодействия, должно находиться в пределах от 400 мм до 1000 мм.

МРЗ были изготовлены в Институте Прикладной Физики Российской Академии Наук (ИПФ РАН). Периоды зеркал находились в диапазоне й = (39+58) А. В канале 0,93 кэВ использовалось \¥-С зеркало, в каналах 0,39 кэВ и 0,45 кэВ использовались №-Т1 зеркала, а в остальных - зеркала на основе пары №-С. В каналах с энергиями более 1 кэВ применялись кристаллы КАР с периодом <3=26,62 А. Спектральное разрешение каналов определялось, главным образом, разрешением диспергирующих элементов.

Принципиальная схема одного из каналов и внешний вид спектрометра представлены на рисунке 1.3.

Рснттеиовская ___

фотопленка УФ-4

Фильтр Днафрллм

спектрометра (б)

Размеры спектрометра 160x110x100 мм3. Размер ограничительных диафрагм спектрометра в каждом канале выбирался таким образом, чтобы обеспечить попадание РИ источника только на поверхность МРЗ и кристаллов.

Характеристики каналов представлены в таблице 1.1. Состав рентгеновских фильтров рассчитывался с учетом подавления второго порядка дифракции РИ от зеркал и кристаллов.

Таблица 1.1 - Характеристики каналов спектрометра

Екан (кэВ) Е/ДЕ Щ%) ^фильтра (%) Рентгеновский фильтр Скан.(кв./см2)

0,22 22,5 11 1,2 С8Н8-2мкм+1п-0,55мкм 7,3-10и±3-10"

0,39 22,3 4,4 4,1 ТЫ,65мкм 3,9-10п±1,6-101 I

0,45 19,0 10,0 5,2 ТМ,9мкм и-Ю'Ч^в-Ю1 0

0,52 38,1 5,3 1,1 Си-1,05мкм Ы012±4,М0и

0,7 32,9 6,0 3,4 Си-1,3мкм 2,6-10"±1-10п

0,93 26,9 7,3 8,3 А1-5,8мкм 5-1О|0±1,9-1О10

1,0 1550 14,5 26,0 С8Ню04-3,Змкм+А1-0,Змкм 7,4-109±2,8-109

1,25 1835 26,0 47,5 С8Н] 0О4-З ,Змкм+А1-0,3 мкм 2,1-109±8-108

1,36 1892 32,0 56,0 С8Ню04-3,Змкм+А1-0,Змкм 1,3-109±5-108

1,47 1949 37,0 62,5 С8Н10О4-3,3 мкм+А1-0,Змкм 9,9-108±3,8-108

2,15 2017 57,0 60,0 С8Н8-2,Змкм+1п-0,2мкм+Си-0,2мкм 6,4-108±2,4-108

3 2100 60,0 80,0 С8Н8-2,Змкм+Си-0,2мкм 4,6-108±1,7-108

В таблице приняты следующие обозначения: Екан - энергия канала; Е/ДЕ - спектральное разрешение канала; К - пиковый коэффициент отражения МРЗ или кристалла; Кф„ЛЬтра - коэффициент пропускания рентгеновского фильтра; рентгеновский фильтр - состав и толщина защитного фильтра перед рентгеновской пленкой; С,кт. - спектральная чувствительность канала.

Спектральная яркость Ве для каждого канала в случае использования в качестве регистратора фотопленки вычислялась следующим образом:

[Дж/ср/кэВ], (1.4)

где N - плотность квантов данной энергии на регистраторе; Ь и Ь| -расстояние источник-зеркало и зеркало-регистратор.

Суммарная погрешность измерения Ве складывается из погрешностей величин, входящих в выражение (1.4), и при использовании в качестве регистратора фотопленки составляет величину и ±40 %.

Для исследования временных спектральных характеристик РИ плазмы в диапазоне от 0,26 до 1,5 кэВ был разработан восьмиканальный узкополосный спектрометр на МРЗ, где в качестве регистратора использовались ВРД. Общий вид спектрометра и схема одного из каналов приведены на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - Общий вид (а) и схема одного из каналов спектрометра (б)

В диапазоне Ьу=(0,39-^1,47) кэВ в качестве диспергирующих элементов использовались многослойные \V-Si рентгеновские зеркала, а в канале 0,27 кэВ - N¡-0 зеркало. Все зеркала изготовлены в Харьковском политехническом институте. Характеристики каналов и калибровочные значения параметров их элементов представлены в таблице 1.2.

Суммарная среднеарифметическая погрешность определения спектральной яркости составляет к +28 %.

Один экземпляр восьмиканального спектрометра был поставлен в Лос-Аламосскую Национальную Лабораторию, США [19].

Таблица 1.2 - Характеристики каналов спектрометра

-»-'кан Е/АЕ Я Кфильтра Рентгеновский Скан.

(кэВ) (%) (%) фильтр (мкА/Вт)

0,26 12,8(48,8) 26,7(2,5) 23(0,2) СюН804-3,4мкм 1,6+0,45

0,39 25,7(52) 4,9(1,2) 8,5(0,3) Ть1,3мкм 0,1 ±0,03

0,45 28,3(57) 9,2(2,5) 14(1,2) Ть1,3мкм 0,14±0,04

0,52 19,6(61) 9,8(0,5) 12(71) М^-2,4мкм 0,1610,04

0,7 40,6(100) 19,1(4) 26,8(10) М^-3,1мкм 0,59±0,16

0,93 31(-) 33,1(-) 55(21) М§-3,1мкм 2,9±0,8

1,25 71,8(-) 29,8(<1) 37(13) А1-5,8мкм 0,8±0,22

1,47 70(-) 27,4(<1) 55(29) А1-5,8мкм 0,5±0,14

В таблице 1.2 использованы те же обозначения, что и в таблице 1.1, а Сан. - спектральная чувствительность канала и точность измерения в случае использования ВРД. В скобках указаны характеристики зеркал и фильтров для второго порядка дифракции.

Для исследования спектральных характеристик РИ водородной плазмы в диапазоне от 0,2 кэВ до 1,5 кэВ был разработан широкополосный трехканальный спектрометр на рентгеновских зеркалах ПВО [20]. Данный

13

спектрометр разрабатывался для взрывных экспериментов, проводившихся с целью зажигания термоядерной реакции в плазме путем магнитогазодинамической кумуляции энергии без использования делящихся материалов. Общий вид спектрометра и схема одного из каналов приведена на рисунке 1.5.

ВРД Катод Фильтр Коллиматоры

Зеркало ПВО

Рисунок 1.5 - Общий вид (а) и схема одного из каналов спектрометра (б)

На рисунке 1.6 представлено спектральное пропускание одного из каналов спектрометра. Спектральная яркость Ве для каждого канала вычислялась следующим образом [20]:

\и{т)с1т

В.=

£ВРД ' ^-проп.каи. ' ^ ВРД '

•1.6-10"'6 Дж/ср/кэВ

(1.5)

1> X

о га

----фильтр С,Н (1мкм)

------зеркало стекло (4")

-результирующее пропускание канала

0,0 0,2 0,4 0.6 0,8 1,0 Е(кэВ)

Рисунок 1.6 - Спектральное пропускание канала 0,2 кэВ

В таблице 1.3 представлены основные характеристики трех каналов спектрометра.

Таблица 1.3 - Характеристики каналов спектрометра

Еканала (кэВ) Е/АЕ КПроп. канала ?ВРД (кул/кэВ) $ВРД (см2)

0,2 1,4 0,26 1 ■10~2и 0,28

0,4 4 0,05 8• 10"2' 0,25

1,5 3,1 0,38 1,2-10"" 0,36

Здесь Е/ДЕ - спектральная полоса канала; сВрд - чувствительность ВРД; Бврд - рабочая площадь ВРД.

Суммарная погрешность измерения складывается из погрешностей определения величин, входящих в выражение (1.6) и составляет и ±35%.

Для количественных измерений спектральной яркости плазмы проводилась абсолютная калибровка рентгенооптических элементов и детекторов, входящих в состав спектральных приборов. Калибровка проводилась на измерительном комплексе, состоящем из рентгеновского монохроматора РМ-1УМ, рентгеновских дифрактометров и импульсной установки "Микропинч". Комплекс позволяет проводить абсолютную калибровку всех элементов спектрографов и спектрометров в диапазоне Е=(0,05-=-8) кэВ, а также производить настройку спектрографов на решетках.

Калибровка МРЗ проводилась на характеристических линиях РИ анодов рентгеновской трубки: К^С- 0,27 кэВ; Ь,Тл-0,395 КЭВ; Ьа'П- 0,45 кэВ; КаО- 0,52 кэВ; ЬаРе- 0,7 кэВ; ЬаСи-0,93 кэВ; К„1^-1,25 кэВ; КцА1-1,48 кэВ.

На рисунке 1.7 в качестве примера представлены угловые зависимости коэффициентов отражения в первом и втором порядках дифракции зеркал №-С и \V-Si для энергий Е=0,27 кэВ и 0,7 кэВ.

-Е-0.27 кэВ -Е-ОЛоВ

0, град. е.град.

Рисунок 1.7 - Угловые зависимости коэффициентов отражения N¡-0 и \V-Si зеркал в первом и втором порядках дифракции

При калибровке детекторов в диапазоне энергий квантов от 0,27 до 1,48 кэВ использовалось характеристическое излучение анодов рентгеновской трубки, а энергия 3,2 кэВ "вырезалась" из непрерывного спектра РИ вольфрамового анода трубки.

На рисунке 1.8 представлены характеристические кривые рентгеновской пленки УФ-4 в диапазоне энергий квантов 0,27 - 3,2 кэВ.

2

N. кв/см

Рисунок 1.8 - Характеристические кривые рентгеновской пленки УФ-4

Полученные результаты определения чувствительности А1 катодов в сравнении с данными Лос-Аламосской Национальной Лаборатории (ЛАНЛ) и Ливерморской Национальной Лаборатории (ЛЛНЛ) [21-24] приведены на рисунке 1.9.

Е, эВ

Рисунок 1.9- Результаты измерения фотоэмиссии А1 катодов

На рисунке сплошной линией приведена расчетная кривая чувствительности А1 катода [24].

Коэффициенты пропускания рентгеновских фильтров измерялись по методике, близкой к методике калибровки фотопленки.

Ниже представлены результаты исследований спектров РИ горячей плазмы в экспериментах с различными типами мишеней на лазерных установках и с термоядерной камерой МАГО (МАГнитное Обжатие).

На рисунке 1.10 представлены спектры германия, полученные с помощью спектрографа на дифракционной решетке в экспериментах по программе создания лабораторного рентгеновского лазера [25].

Ое XXIII

1 = 0 —>-1

—i—i-1-1-1-1-1-1-1-1-1-г

154 160 180 200 220 240 А

Рисунок 1.10 - Спектрограммы РЛ на Ne-подобном Ge с линиями 1=196,06 A (J= 0->1) и ;-232,24 и 236,26 A (J=2->1) Ne-подобного Ge.

Длина облучения мишени 15 мм.

Эксперименты проводились на установке "Искра-5" при одностороннем облучении плоской мишени лазерным излучением в строчку длиной от 7 до 15 мм и шириной ~150мкм. В качестве мишеней использовались стеклянные пластины с германиевым покрытием толщиной ~ 0,15 мкм. Прямолинейность мишени была не хуже 1 мрад, шероховатость поверхности ~ 0,01 мкм.

На рисунке 1.11 представлены рентгеновские спектры лазерной плазмы мишеней типа hohlraum (а), полученные с помощью двенадцатиканального узкополосного спектрометра РИ, и тонкооболочечных мишеней с конвертером из Fe (б), полученные с помощью восьмиканального узкополосного спектрометра РИ [26-28] в экспериментах на установке "Искра-5" [29]. Спектры мишеней типа hohlraum получены для Al, Ti, Cu и Au материалов покрытия внутренней поверхности мишеней. Все спектральные распределения нормированы на энергию лазерного импульса.

Е, кэВ

а)

А1 Т| Си Ли

2,0

Спектрометр Расчет

Е, кэВ

6)

Рисунок 1.11- Рентгеновские спектры лазерной плазмы мишеней типа ЬоЫашп а) и тонкооболочечных мишеней с конвертером из Бе б).

На рисунке 1.12 представлен спектр РИ водородной плазмы в опыте с термоядерной камерой МАГО [30,31].

Е, кэВ

Рисунок 1.12- Восстановленный спектр РИ плазмы и оцененная

температура.

Спектр получен с помощью трехканального широкополосного спектрометра РИ. Камера МАГО представляет собой секционированную камеру с магнитогазодинамическим соплом, в работу которой заложена идея - получить зажигание термоядерной реакции в плазме путем магнитогазодинамической кумуляции энергии без использования делящихся материалов [32]. Запитка камеры в опыте МАГО-9 осуществлялась от спирального взрывомагнитного генератора током 6 МА.

Во второй главе описаны методики и эксперименты исследований характеристик конденсированного состояния покрытий рентгеновских зеркал при импульсном разогреве.

Основной объем результатов, изложенных в главе 1, получен с помощью спектрометров на МРЗ и зеркалах ПВО. Практически во всех

описанных выше экспериментах, где применялись разработанные автором спектрометры, исследовалась горячая плазма, которая является мощным источником рентгеновского, светового или рассеянного лазерного излучений, а также потоков фрагментов самой плазмы. Между тем, к началу разработки автором этих приборов, стойкость рентгеновских элементов не была исследована. Доля рассеянного ЛИ в экспериментах на установке "Искра-5" с энергией облучения ~10 кДж оценивается величиной ~30 % [33], а энергия РИ ~(4+5) кДж. Очевидно, для обеспечения безопасной эксплуатации зеркал необходимо знать предельные, вызываемые вышеперечисленными факторами воздействия и тепловые нагрузки, при которых еще не происходит заметного изменения отражательной способности зеркал.

Изучение стойкости зеркал к комплексному воздействию является очень сложной задачей, поэтому автор посчитал разумным исследовать стойкость к световому и рентгеновскому воздействиям отдельно. В качестве светового источника использовалось лазерное излучение. Идея экспериментов заключалась в контроле отражательной способности зеркал с помощью зондирования рентгеновским излучением их поверхности, подвергнутой лазерному или рентгеновскому нагреву.

Выполнен анализ физики поглощения металлических зеркал рентгеновским и лазерным излучениями. Описаны методики рентгенооптических измерений.

Представлены результаты экспериментов по исследованию покрытий алюминиевых зеркал полного внешнего отражения, в которых разогрев импульсами РИ моделировался импульсами лазерного излучения.

Анализ физики поглощения РИ зеркалами ПВО из металлов показал, что данные по лучевой стойкости можно получить в модельных экспериментах, имитируя нагрев их поверхности импульсным ЛИ оптического (в частности, ИК) диапазона подходящей интенсивности и длительности. Такое моделирование возможно, несмотря на различие физических процессов поглощения ЛИ и РИ веществом. При поглощении рентгеновского кванта образуются фото- и оже-электроны, которые за время ~10"14 с передают энергию вторичным электронам (Е~30эВ), а те, в свою очередь, перераспределяют ее между свободными электронами металла. Электрон-фононный процесс передачи энергии атомам происходит за ~10"и с. При поглощении лазерного кванта с X ~ 1 мкм электроны возбуждаются лишь до уровня энергии порядка 1 эВ, а затем примерно за то же время передают энергию атомам. Поскольку времена релаксации возбуждении много меньше длительностей греющих импульсов, различие механизмов энерговыделения при поглощении рентгеновских и лазерных квантов в рассматриваемом случае несущественно, и воздействие сводится к импульсному нагреву вещества.

1 п

Модельные эксперименты по исследованию термической стойкости зеркал ПВО из алюминия проводились на установке «Искра-4» [34]. Длина волны ЛИ составляла 1,3 мкм, энергия импульса -40 Дж, длительность импульса (0,4+0,6) не. Оптическая схема опыта и схема регистрации РИ представлена на рисунке 2.1.

4 И

1 - светоделительное зеркало, 2 - линза, 3 - «глухое» зеркало, 4 - линза, 5 - рентгеновская мишень, 6 - испытуемое зеркало, 7 - рентгеновская фотопленка, 8 - нож, 9 - диафрагма, 10 - фильтр РИ, 11 - вакуумная камера Рисунок 2.1 - Оптическая схема опыта (а) и схема регистрации РИ (б)

Были проведены две серии измерений. В первой из них для получения импульса РИ использовалась мишень из висмута. Для выделения участка спектра вблизи Ьу«1,25кэВ применялись фильтры из А1 с суммарной толщиной 22 мкм. Во второй серии использовалась титановая мишень, а участок спектра вблизи Ьу»4,7 кэВ выделялся с помощью двух фильтров из "Л толщиной по 3,2 мкм на подложках из лавсана толщиной 20 мкм. Погрешность измерений коэффициентов отражения РИ была не хуже 30 %. Испытуемые зеркала ПВО представляли собой полированные пластины площадью 10x10 мм2 из стекла К8 толщиной 5 мм с напыленным слоем А1 толщиной ~1 мкм. Поглощательная способность зеркал при комнатной температуре на длине волны ЛИ А,« 1,3 мкм составила КПОГ=(4,3±0,47) %. Основные результаты экспериментов приведены в таблице 2.1, где указаны средние энергии полосы, выделяемой К-окном пропускания использованных фильтров из спектра падающего РИ.

Таблица 2.1 Основные результаты двух серий

№ С^пад, К а, Ях №

опыта Дж/см2 кэВ град

1 1,30 1,03 0,33 0,05

2 0,37 0,23 0,82 1

3 0,59 1,25 1,03 0,36 1

4 1,20 0,97 0,55 0,42

5 0,05 0,71 0,05 1

6 0,05 4,7 0,31 0,92 1

7 0,62 0,47 0,18 0,7

8 0,45 0,35 0,70 1

экспериментов

Примечание. С!пад - средняя по пятну плотность падающей на зеркало энергии ЛИ; Ьу-средняя энергия полосы РИ, выделяемой рентгеновскими фильтрами; а - угол скольжения РИ относительно плоскости зеркала; Ях -коэффициент отражения РИ от «холодной» поверхности зеркала; К,Л1Х -относительное изменение коэффициента отражения РИ от «горячего» участка поверхности зеркала.

Результаты расчетов разогрева алюминиевого зеркала для гауссовой формы лазерного импульса при двух значениях плотности поглощенной энергии ЛИ с учетом удельных теплот фазовых переходов представлены на рисунке 2.2.

700600 * 500 Н 400 300 200 100 о

- -0.5 „с

- ■ - \ «с

- — 1.5 не . 2нс

- 2.5 «с -Знс

а) б)

Рисунок 2.2 - Распределение температуры по толщине А1 зеркала: а) - (3™™ = 0,1 Дж/см2; б) - рпогл= 0,05 Дж/см2

На рисунке 2.3 приведены измеренная зависимость отражательной способности зеркала ПВО и рассчитанная зависимость температуры его поверхности от плотности потока падающей энергии ЛИ.

0,2- - 400

- 200

0,0 -■-.—.—I—--1—■—.-■—.---.—1о

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 Дж/см2

Рисунок 2.3 - Зависимости относительной отражательной способности зеркала ПВО из алюминия и температуры его поверхности от плотности потока падающей энергии ЛИ: 1 - Ьу«1,25 кэВ; 2- Ьу~4,7 кэВ. Тпл. —температура плавления

При потоках С)„ад^0,6 Дж/см2 (С)пог<0,025Дж/см2) отражающие свойства зеркала не ухудшаются. Заметный спад отражения наблюдается при С^пад—1 Дж/см2 (С)ПО1>0,04 Дж/см2). Таким образом, ухудшение отражения наступает при потоках энергии ЛИ, нагревающих поверхность до температуры, превышающей температуру плавления вещества [113].

Методика рентгенооптических измерений при исследовании стойкости многослойных зеркал (Сг-С, Мо-С, №-С и \V-Si) при воздействии на них лазерного излучения аналогична методике в экспериментах с зеркалами ПВО. Тестирование зеркал осуществлялось непосредственно в эксперименте или после на рентгеновском дифрактометре. На зеркалах лазерное пятно формировалось в виде прямоугольной полоски размером 20x1 мм2. Энергия лазерного импульса в экспериментах варьировалась в пределах от 72 до 87 мДж, а поток лазерного излучения на образцах изменялся в диапазоне от 1,8-107 до 6-108 Вт/см2. На рисунке 2.4 представлены поверхность \V-Si зеркала после облучения шестью различными потоками и дифрактограмма, полученная вдоль поверхности зеркала на энергии излучения Си Ка (Х=1,54 А).

а) б)

Рисунок 2.4 - Поверхность \VZSi зеркала после облучения а) и его дифрактограмма б)

Из рисунка 2.4 видно, что при потоке ЛИ V/ и 1,8' 107 Вт/см2 отражение практически не изменилось, а при « 5,4-108 Вт/см2 - упало в 10 раз.

При нагреве излучением многослойных структур зона распространения тепла охватывает большое число слоев. Поэтому описание теплопереноса в таких средах ведется в терминах усредненных по разнородным слоям коэффициенте теплопроводности <А,> и теплоемкости вещества <с>, что позволяет описать процесс нагрева как распространение тепла в гомогенной среде и определить температуру как на поверхности, так и в глубине вещества, и установить пороговые величины потоков излучения, при превышении которых многослойные покрытия разрушаются. Усредненное уравнение теплопроводности решалось с помощью пакета программ БЕМТАВ 3.0 [35] с учетом фазовых переходов.

На рисунке 2.5 приведены результаты расчетов для гауссовой формы лазерного импульса при двух значениях плотности поглощенной энергии Ж.

а) б)

Рисунок 2.5 - Распределение температуры по толщине \V-Si зеркала а) - Опогл = 0,006 Дж/см2; б) - 0ПОГЛ= 0,19 Дж/см2

Видно, что при рпОг=0,19 Дж/см2 температура на поверхности зеркала превышает температуру кипения тугоплавкого элемента структуры -вольфрама. Суммарная толщина слоев для данного зеркала составляет ~0,2мкм. Практически для всех слоев структуры температура превысила температуру плавления кремния.

На рисунке 2.6 приведена экспериментальная зависимость относительной отражательной способности \V-Si зеркала вместе с расчетной зависимостью температуры его поверхности от плотности потока поглощенной энергии ЛИ.

1,0- 11 " R/R, " 7000

0,8- | TJW> " 6000

■ тг ~ 5000

0,6- rjw) 4000«^ 3000

0,4- Xх í T„(S¡)

0,2- / TJsi> 2000

/ " 1000

0,0- -.-1-1-(-- — r~ i-- 0

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20

Дж/см2

Рисунок 2.6 - Зависимости относительной отражательной способности зеркала W-S¡ и температуры его поверхности от плотности потока поглощенной энергии ЛИ

Видно, что при рпог<0,006 Дж/см2 отражающие свойства \V-Si зеркала не ухудшаются. Заметный спад отражения наблюдается при дпог>0,19 Дж/см2.

На рисунке 2.7 представлены экспериментальные зависимости относительной отражательной способности N¡-0, \V-Si и А1 зеркал от плотности потока поглощенной энергии ЛИ, полученные при длительностях лазерного импульса -0,5 не. Видно, чем выше термостойкость покрытия зеркал, тем выше их лучевая стойкость. Наблюдается, в пределах погрешности измерений, линейный закон падения отражательной способности покрытий зеркал от С2П0Г.

1,0

0,8

0,40,2-

0,0

[Нг

к

N¡-0 \V-Si А1

К

0,00

0,05

0,20

0,25

0,10 0,15 Дж/см"

Рисунок 2.7 - Экспериментальные зависимости относительной отражательной способности N¡-0, '\V-Si и А1 зеркал от плотности потока поглощенной энергии ЛИ

Воздействие РИ на МРЗ исследовалось на лазерной установке "Искра-4 по схеме, представленной на рисунке 2.8.

1 - мишень-источник РИ, 2 - защитный фильтр, 3 и 6 -фильтры РИ, 4 -испытуемое зеркало, 5 - диафрагма, 7 - оптический фильтр, 8 - регистратор.

Рисунок 2.8 - Схема измерения отражательной способности зеркал

Прозрачный для РИ фильтр 2 защищал поверхность зеркала от рассеянного ЛИ и продуктов разрушения мишени. Фильтр 3, перекрывающий половину сечения падающего рентгеновского пучка,

использовался для формирования на поверхности зеркала двух областей с различными плотностями потоков падающего излучения, что позволяло одновременно регистрировать излучение, отраженное от нагретого и "холодного" участков поверхности зеркала. Фильтр 6, аналогичный фильтру 3, устанавливался перед регистратором, чтобы обеспечить одинаковое ослабление по всему сечению пучка. Излучение, отраженное "холодным" участком поверхности зеркала, являлось опорным.

На рисунке 2.9 представлены денситограммы РИ, отраженного от "холодной" (1) и "горячей" (2) поверхностей МРЗ Сг-С. Источником РИ являлась мишень из золота, облученная потоком лазерного излучения 1014 Вт/см2. Длительность рентгеновского импульса на полувысоте т0.5 «1 не. Спектр излучения золотой мишени в диапазоне длин волн 12,5+17 А для данного зеркала эквивалентен непрерывному.

Рисунок 2.9 - Денситограммы РИ, отраженного от "холодной" (1) и "горячей" (2) поверхностей зеркала Сг-С.

Из рисунка видно, что при плотности энергии РИ Ех» 0,07 Дж/см2 отражение практически не изменилось, а при Е* « 0,18 Дж/см2 упало почти до нуля. На поверхности зеркала после облучения видимые повреждения отсутствовали.

На рисунке 2.10 приведены результаты расчетов температуры поверхности зеркала Сг-С в случае облучения потоком РИ плазмы Аи с длительностью импульса тх = 1 не при двух значениях плотности энергии греющего РИ Ех. Ближняя к источнику область зеркала прогрелась до Т и 2300°К, превысив температуру плавления хрома Тпл.сг=1900°К [36].

-импульс РИ

- • -0 мкм - 0.05 мкм

-импульс РИ

- • - 0 мкм --0.05 мкм

- • - 0.1 мкм

- -0.15 мкм

0.2 мхм

у........0.25 мкм

- 0.3 мкм

I, НС 1, НС

а) б)

Рисунок 2.10 - Зависимости температуры поверхности Сг-С зеркала от

времени

а) - Ех = 0,07 Дж/см2; б) - Ех = 0,18 Дж/см2

Третья глава посвящена разработке методик и приборов флуоресцентной спектроскопии гетерогенных сред. В качестве гетерогенной среды использовался транспортный белок крови человека - альбумин.

Предварительные данные по разрешенной во времени флуоресцентной спектроскопии белковых структур, каковым является, в частности, альбумин, показали, что главные события, свидетельствующие об изменении конформации альбумина, должны быть зарегистрированы за время ~100 пикосекунд. Альбумин - главный (более 50 % по массе) белок плазмы крови, выполняющий в организме перенос низкомолекулярных гидрофобных и амфифильных веществ. Более того, альбумин является активным участником множества процессов, а изменение его конформации - прежде всего изменение конформации связывающих центров альбумина -может являться одним из неизвестных ранее и чрезвычайно важных факторов патогенеза заболеваний. В НИИ физико-химической медицины были разработаны новые физические подходы к изучению структуры альбумина флуоресцентными методами, открывающие широкие возможности для изучения флуоресценции гетерогенных сред, каковыми являются белки [37-39]. Материалом исследования служили образцы сыворотки 24 пациентов, находившихся на стационарном лечении в Московском НИИ психиатрии, и 24 доноров без соматической и психической патологии (группа сравнения).

На рисунке 3.1 представлена принципиальная схема экспериментов по флуоресцентной спектроскопии.

Возбуждение

Поглощение

Флуоресценция

Рисунок 3.1 - Схема экспериментов по флуоресцентной спектроскопии

Основная цель данных исследований - прояснить детали молекулярного механизма конформационных изменений альбумина при психических расстройствах. Специально для исследования альбумина в составе плазмы крови в Институте монокристаллов (Харьков, Украина) была синтезирована серия флуоресцирующих красителей. В результате анализа свойств этих веществ в НИИ ФХМ был выбран зонд Ы-(карбоксифенил)имид 4-(диметиламино)нафталевой кислоты, получивший название К-35. При добавлении К-35 в плазму крови молекула К-35 связывается только с альбуминовыми связывающими центрами, и флуоресценция зонда возрастает в десятки раз - хотя кроме альбумина в плазме крови присутствуют сотни других белков. На рисунке 3.2 показана конформация молекулы К-35 [40].

Рисунок 3.2 - Схематическое представление конформации молекулы К-35 в вакууме. Плоскость нафталимида обозначена как ХУ, где ось X совпадает с осью молекулы

Опыт, накопленный при разработке рентгеновских спектрометров и методик регистрации, предназначенных для исследований быстропротекающих процессов, использован автором для создания экспериментальной методики исследования спектров импульсной флюоресценции биологических объектов, в частности, объектов на основе альбумина, возбуждаемой ЛИ пикосекундной длительности.

Экспериментально было получено, что максимальная эффективность возбуждения молекул биологического образца на основе плазмы крови достигается при накачке излучением с длиной волны -440 нм. Поэтому, для большей эффективности, разрабатываемая установка должна излучать в диапазоне 400-480 нм. Длительность флуоресценции составляет наносекунды после возбуждения молекул [41,42]. Поэтому для точного измерения всего процесса флуоресценции длительность импульса накачки должна быть существенно меньше 1 не.

При работе с биологическими образцами необходимо обеспечивать режим накачки без разогрева самого образца, но обеспечивающий необходимый выход фотонов для надежной регистрации.

Численные расчеты и модельные эксперименты по облучению биологического образца лазерным импульсом позволили оптимизировать источник возбуждения и разработать установку для проведения

исследований. В качестве источника возбуждения флуоресценции был применен полупроводниковый лазер LDH-P-C-470.

В качестве скоростного регистратора использовался промышленный фотохронограф ФР-7, усовершенствованный в процессе работы. Для увеличения эффективности регистрации оптимизирована оптическая схема фотохронографа и осуществлен переход на частотный режим, для чего была модернизирована электрическая схема блока развертки. Новый блок развертки позволяет использовать фотохронограф в частотном режиме до 10 МГц. Предельное временное разрешение прибора в частотном режиме составило ~ 50 пс, а нелинейность развертки ±5 %, что обеспечивает необходимую точность измерений.

Для регистрации сигналов с выхода электронно-оптического преобразователя фотохронографа использовался цифровой фотоаппарат. Для статистической обработки зарегистрированных изображений была разработана программа Screen Process Static's (SPS), работающая с 8 битным изображением, имеющим 256 оттенков серого цвета. При обработке файла изображения создается двухмерный массив, отвечающий полному количеству пикселей изображающего кадра. Программно осуществляется усреднение интенсивности по нескольким пикселям изображения.

Тестирование созданой системы регистрации спектров флуоресценции проводилось по физическим стандартам при помощи тестового биологического образца №624, предоставленного НИИ ФХМ, со временем затухания -12,7 не.

На рисунке 3.3 представлена зависимость от времени интенсивности флуоресценции облучаемого образца. Характерное время затухания флуоресценции в е раз равно 12,8 не.

Рисунок 3.3 - Затухание флуоресценции биологического образца

Подготовка сывороток крови для проведения исследований (смешивание зонда К-35 с сывороточным альбумином человека) осуществлялась по методике, разработанной в НИИ ФХМ. В нормальном состоянии сывороточный альбумин человека (ЧСА) находится при

28

температуре ~37°С, что выше обычной комнатной температуры. Поэтому было необходимо исследовать спектр флуоресценции при разогреве биологических образцов в диапазоне от до 39°С.

Численным моделированием показано, что для однородного объемного прогрева биологического образца длина волны должна находиться в диапазоне от 0,65 до 1 мкм. Поэтому в качестве источника тепла были применены полупроводниковые лазерные диоды с длиной волны 1 мкм, разработанные в НИФТИ ННГУ. Максимальное поглощение излучения и однородность разогрева образца обеспечивались за счет многократного прохождения излучения через нагреваемый образец. Схема представлена на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Конструктивная схема разогрева биологического образца

Исследуемый образец помещался в центр сферической капсулы с зеркальным покрытием внутренней поверхности. Измеренный коэффициент отражения поверхности составил Котр.~0,85. При последовательных отражениях светового луча инвариантом является величина его прицельного параметра, то есть наименьшего расстояния, на которое луч приближается к центру сферы. Поэтому, луч света, рассеянный капсулой, после отражения от зеркальной стенки, вновь пройдет через область расположения образца в центре сферы.

При величине коэффициента отражения а=0,9 эффективность

использования световой энергии = может быть увеличена в 10 раз, а

1-а

время нагрева уменьшено.

Максимальный угол расходимости излучения лазерного диода составляет -30°. Из элементарного расчета следует, что исследуемый образец объемом —0,16 см3 должен располагаться от источника на расстоянии >10 мм, чтобы оказаться в конусе его излучения. Поэтому, внутренний диаметр капсулы ~20 мм. Максимальная световая мощность для данного типа лазерного диода составила 1,4 Вт. Плавный разогрев образца осуществлялся от комнатной температуры ТК0МН =17,5°С до 45° С.

С помощью разработанной системы разогрева биологических , образцов исследован спектр флуоресценции. На рисунке 3.5 представлены

экспериментальные кривые затухания спектра флуоресценции при изменении температуры образца с 17,5° С до 38,5° С.

t, не

Рисунок 3.5 - Экспериментальные кривые затухания флуоресценции

Видно, что при увеличении температуры образца растет интенсивность флуоресцентного излучения.

Проведенные исследования показали изменения интенсивностей регистрируемых световых сигналов при изменении температуры образца. Поэтому дальнейшие измерения флуоресценции проводились при одинаковых температурных режимах.

Описан метод флуоресцентной спектроскопии с высоким временным разрешением, позволяющий проводить быструю регистрацию флуоресценции зонда К-35, расположенного непосредственно в связывающих центрах молекулы альбумина. Связывание К-35 с ЧСА имеет сложный характер, а затухание флуоресценции К-35 в альбумине описывается тремя экспонентами

F(t) = А9exp(-t/9 ns) + A3 exp(-t/3 ns) + Al(-t /1 ns) с амплитудами A9, A3 и Al. В процессе исследований было получено, что при изменении ионной силы среды от 0,159 М до 0,02 М изменяются амплитуды А9, A3 и А1, что обусловлено влиянием ионной силы на комплекс альбумин-флуоресцентный зонд К-35. Ионная сила определяется концентрацией ионов в растворе и изменяется путем добавления соли (NaCl). Приготовленный раствор сывороточного альбумина человека имеет ионную силу 0,02М (М-моль). Однако нормальная величина ионной силы для физиологического состава в организме человека составляет 0,159М.

Проведены исследования молекулярной природы конформационных изменений в молекуле альбумина у пациентов с шизофренией на основе флуоресцентной спектроскопии с временным разрешением 50 пс.

На рисунке 3.6 представлены обработанные фотохронограммы, полученные для различных образцов крови больных и здоровых пациентов.

Все измерения с образцами проводились при температуре 24°С. Фотохронограммы нормировались на максимум с ионной силой 0,02М.

НС НС

Рисунок 3.6 - Обработанные фотохронограммы для образцов крови больных

и здоровых пациентов

Как видно из рисунка, характерным отличием фотохронограмм больного от здорового пациента является интенсивность в максимуме амплитуды с ионной силой 0,15 9М, причем максимальная амплитуда не одинакова у разных больных и варьируется от 1,04 до 1,4. На рисунке 3.7 представлена диаграмма влияния изменения ионной силы раствора на максимальную амплитуду у доноров-добровольцев и больных шизофренией с первым эпизодом заболевания. По вертикальной оси - соотношение амплитуд I при низкой и высокой ионной силе.

Здоровые

Больные

Рисунок 3.7 - Диаграмма влияния изменения ионной силы раствора на максимальную амплитуду у доноров-добровольцев и больных шизофренией

Выполненные эксперименты по исследованию флуоресценции сред на основе транспортного белка крови альбумина позволили впервые установить, что конформация и физико-химические свойства альбумина человека изменены при шизофрении не только в процессе терапии, но уже при первом ее эпизоде до лечения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Создан и введен в эксплуатацию комплекс методик и абсолютно-калиброванных спектральных приборов для измерений характеристик РИ горячей плазмы в спектральном диапазоне (0,05+3) кэВ с высокими спектральным Е/ДЕ -20+2000, временным т~0,2 не и пространственным ~250 мкм разрешениями, состоящий из:

- обзорных спектрографов на отражающих сферических ДР;

- 12-канального узкополосного спектрометра на МРЗ и кристаллах;

- 8-канального узкополосного спектрометра на МРЗ;

- 3-канального широкополосного спектрометра на зеркалах ПВО.

2. Создан и введен в эксплуатацию калибровочный комплекс методик и приборов, позволивший провести исследование с точностью (2+10) % абсолютных характеристик рентгенооптических элементов (МРЗ ДР и рентгеновских фильтров) и регистраторов РИ (рентгеновских пленок и вакуумных рентгеновских диодов) в диапазоне энергий квантов hv=(0,l+10) кэВ со спектральным разрешением Е/АЕ -20+2000.

3. Исследованы спектры РИ горячей плазмы в экспериментах по ЛТС с различными типами мишеней (плоские, многослойные, сферические, цилиндрические, газообразные) и взрывных экспериментах с термоядерной МГД камерой MATO.

4. Измерены эффективные температуры лазерной плазмы сферических мишеней и водородной плазмы в камере МАГО.

5. Исследована стойкость рентгенооптических элементов при воздействии на них мощных потоков лазерного и рентгеновского излучений наносекундной длительности.

6. Разработана эффективная методика расчета разогрева поверхности зеркал рентгеновским и лазерным излучениями с учетом удельной теплоты фазовых переходов материалов.

7. Определены критерии стойкости и ухудшения отражательной способности рентгеновских зеркал.

8. Исследована молекулярная природа конформационных изменений в молекуле альбумина у пациентов с шизофренией на основе флуоресцентной спектроскопии.

9. Получены результаты по изменению конформации и физико-химических свойств альбумина человека при шизофрении не только в процессе терапии, но уже при первом ее эпизоде до лечения.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

В приложении 1 описана программа и приведены примеры расчетов.

С помощью программы в спектральном диапазоне (0,01+30) кэВ для всех элементов таблицы Менделеева проводились расчеты:

- коэффициентов отражения для покрытий рентгеновских зеркал ПВО с учетом шероховатостей;

- коэффициентов пропускания рентгеновских фильтров.

С помощью программы выполнялись следующие процедуры: при разработке рентгеновских спектрометров осуществлялась оптимизация характеристик зеркал ПВО и фильтров;

при калибровке спектральных элементов спектрометров на рентгеновском монохроматоре осуществлялась оптимизация состава и толщины фильтров для формирования монохроматического излучения; - осуществлялись расчеты состава и толщины рентгеновских фильтров для разработки методик в экспериментах по исследованию характеристик покрытий рентгеновских зеркал при импульсном разогреве.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

В Приложении 2 приведены результаты оценки разогрева W-C, Ni-C и W-Si многослойных рентгеновских зеркал на установке "Искра-5" в опытах с мишенями типа "хольраум" с использованием известных экспериментальных данных по рассеянию лазерного и рентгеновского излучений.

По результатам экспериментов, изложенных в главе 2, была определена геометрия постановки зеркал на камере взаимодействия от источника РИ, обеспечивающая их нормальное функционирование продолжительное время без изменения характеристик.

Цитированная литература

1. Neuman М. Short time lag of spark breakdown. Phys. Rev. V.52, p.652-654, 1937.

2. Fletcher R.C. Impulse breakdown in the 10"9s range of air at atmospheric pressure. Phys. Rev. V.76, p. 1501, 1949.

3. Dickey F.R. Contribution to the theory of impulse breakdown. J. Appl. Phys. V.53, p.1336, 1952.

4. Tzallas P., Charalambidis D., Papadogiannis N. et al. Direct observation of attosecond legit bunching. Nature, V.426, №20, p.267-271,2003.

5. Бабич Л.П., Лойко T.B., Цукерман B.A. Высоковольтный наносекундный разряд в плотных газах при больших перенапряжениях, развивающийся в режиме убегания электронов. УФН., Т. 160, с.49-80, 1990.

6. Babich L.P. High-Energy Phenomena in Electric Discharges in Dense Gases: Theory, Experiment, Natural Phenomena. Futerpast. Arlington. Virginia, 2003.

7. Бабич Л.П. Анализ нового механизма убегания электронов и рекордных токов убегающих электронов, достигнутых в новых экспериментах с разрядами в плотных газах. УФН, Т.175, с.1069-1091, 2005.

8. А.В.Бессараб, С.Г.Гаранин, Г.А.Кириллов и др. Эксперименты на установках "Искра-4" и "Искра-5": развитие диагностик и результаты

последних двух лет. Доклад 9 совещания по диагностике высокотемпературной плазмы, С.Петербург, 1997.

9. Knight L.V., Thome J.M., Тоог A. et al. // Rev. Phys. Appl. V. 23. p. 1631, 1988.

10. Kohler D., Gunman J.L., Watson BA. et al. // Rev. Sci. Jnstrum. V. 56. p. 812, 1985.

11. Lee R.W., Eckart MJ„ Kilkenny J.D. et al. SPIE. V. 831. X-ray from Lasers Plasmas. 1987.

12. Виноградов A.B., Брытов И.А., Грудский А.Я. и др. Зеркальная рентгеновская оптика. Под общей ред. Виноградова А.В. Л.: Машиностроение, с. 32-33, 1989.

13. Виноградов А.В., Кожевников И.В. Отражение и рассеяние рентгеновского излучения от шероховатых поверхностей// Труды ФИАН, № 196, М. Наука, 1989.

14. Gryzunov, Y. A.; Syrejshchikova, Т. I.; Komarova, М. N.; Misionzhnik, Е. Y.; Uzbekov, М. G.; Molodetskich, А. V.; Dobretsov, G. Е.; Yakimenko, М. N. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. (A) A-448, p. 478-482,2000.

15. Dobretsov, G. E.; Gryzunov, Y. A.; Komarova, M. N.; Syrejschikova, Т. I.; Yakimenko, M. N. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. (A) A405, p. 344-347, 1998.

16. Dobretsov, G. E.; Syrejschikova, Т. I.; Gryzunov, Y. A.; Yakimenko, M. N. J Fluorescence 8, p. 27-34, 1998.

17. Зайдель A.H. Основы спектрального анализа. M. Наука, 1965.

18. Бессараб А.В., Кунин А.В. и Токарев В.А. Комплекс диагностики для исследования мягкого рентгеновского излучения лазерной плазмы в экспериментах на установках "Искра-4" и "искра-5". Тез. докладов IX совещания по диагностике высокотемпературной плазмы. Санкт-Петербург, с.82, 1997.

19. The spectrometer on the TRIDENT laser facility to measure the radiation temperature of small Au Hohlraums / V.A. Tokarev, A.V. Bessarab, J.A. Coble [et al.] // Plasma Phys. Rep. V. 24, p. 180,1998.

20. С.Ф.Гаранин, Е.М.Кравец, В.И.Мамышев, В.А.Токарев. Статистический подход к рассмотрению излучения многозарядных ионов в плазме с корональным равновесием. Физика плазмы, т.35, №8, 2009.

21. Cairns R.B. and Samson J.A.R. J. Opt. Soc. Am. 56, p.1568,1966.

22. Saloman E.B. Appl. Opt. V.17. p.1489,1978.

23. Gaines J.L. and Hansen R.A. J. Appl. Phys. V.47. p.3923, 1976.

24. Eliseenko L.G., Schmelev V.N. and Rumsh M.A. Zh. Tekh. Fiz. 38, 1968. p.175; Sov. Phys.-Tech. Phys. 13, p.122, 1968.

25. Starikov F.A., Bessarab A.V., Gasparyan P.D. et. al Modeling and experimental investigations of x-ray laser in RFNC-VNIIEF SPIE Vol.5197 Soft x-ray lasers and applications V (2003) / 60

26. Бельков C.A., Бессараб A.B., Долголева Г.В., Кунин А.В. и Токарев В.А. Регистрация спектра МРИ лазерной плазмы мишеней непрямого сжатия с

конвертерами из различных материалов на установке "Искра-5". Тез. докладов IX совещания по диагностике высокотемпературной плазмы. Санкт-Петербург, 1997, с.81.

27. Бельков С.А., Бессараб А.В., Воинов Б.А. и др. Диагностика РИ частично прозрачной плазмы Fe и А1 мишеней типа МОК. Доклад на 5 международных Забабахинских научных чтениях. Снежинск, сентябрь 1998

28. Bel'kov S.A., Bessarab A.V., Gaidash V.A. et. al. X-ray diagnostics of almost transparent Fe plasma of inverted corona target. 25th ECLIM,Book of Abstract, May, 1998

29. Ф.М.Абзаев, В.И.Анненков, В.Г.Безуглов и др. Письма в ЖЭТФ, 58, с.28, 1993.

30. Л.П.Бабич, В.И.Дудин, А.В.Ивановский и др. Влияние эффекта Холла на динамику плазмы в камере МАГО Физика плазмы, т.39, №1 2008

31. С.Г.Гаранин, Е.М.Кравец, В.И.Мамышев, В.А.Токарев. Статистический подход к рассмотрению излучения многозарядных ионов в плазме с корональным равновесием. Физика плазмы, т.35, №8, 2009

32. Мохов В.Н., Чернышев В.К., Якубов В.Б. и др. ДАН СССР, 1979, Т.247, с.83

33. Бессараб А.В., Зарецкий А.И., Кунин А.В. и др. Физика плазмы, Т. 20, №2, с.229-232, 1994.

34. Кормер С.Б. II Изв. АН СССР. Сер. физ. Т. 44. с. 2002, 1980.

35. FEMLAB Modeling Guide. Chapter 7: Heat Transfer, COMSOL AB, December p. 108 - 134,2003.

36. А.В.Бессараб, С.В.Бондаренко, А.И.Зарецкий и др. Исследование стойкости рентгеновских зеркал при действии на них лазерного излучения наносекундной длительности Поверхность, Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. №1, с.23, 2001

37. Грызунов Ю.А, Н.В.Смолина, Г.Е.Добрецов, М.Г.Узбеков, Э.Ю.Мисионжник, Н.М.Максимова, Н.Я.Курмышева, Т.И.Сырейщикова, А.А.Комар. «Конформационные изменения альбумина при психических расстройствах». Материалы II Международной конференции «Современные информационные и телемедицинские технологии для здравоохранения», Минск: 2008, стр. 158-163

38. M.G Uzbekov, E.Y Misionzhnik, I.Ya Gurovich, et. al. «Biochemical changes in first-episode drug-naive schizophrenic patients» на 2nd European Conference on Schizophrenia research, Берлин, Германия, 21-23 сентября 2009

39. M.G, Uzbekov, N.V. Smolina, T.I. Syrejshchikova, et. al. «BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL ASPECTS OF THE PATHOPHYSIOLOGY OF FIRST -EPISODE SCHIZOPHRENIA». 2nd Eastern European Psychiatric Congress, Moscow, October 27-30, 2009

40. Альбумин сыворотки крови в клинической медицине; Грызунов, Ю.А.; (обрецов, Г. Е. Eds.; Ириус: Москва, 1994.

41. Aguzzi, A.; Weissmafln, С. Nature, 389, р.795-823,1997.

42. Dobretsov, G. E.; Gryzunov, Y. A.; Komarova, M. N.; Syrejschikova, Т. I.; Yakimenko, M. N. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. (A), A405, p.344-347, 1998.

Список авторских публикаций по теме диссертации

[А1] Лазерное моделирование действия РИ на зеркала ПВО / В.А. Токарев, Н.В. Жидков, А.И. Зарецкий, В.Г. Рогачев [и др.] // Известия АН СССР сер.физ. - 1990. - Т.54, №10 - С. 2045-2050.

[А2] Characteristics of solid Хе plasma soft X-ray produced in experiments a iodine laser facility Iskra-4 / V.A. Tokarev, F.M. Abzaev, A.V. Belotserkovets, S.A. Bel'kov [et al.] // SPIE Vol.1980 Iodine Lasers and Applications - 1992. - P. 69-74.

[A3] Комплекс спектрографов для исследования МРИ лазерной плазмы на установках "Искра-4" и "Искра-5" / В.А. Токарев, А.В. Бессараб, С.А. Бельков и Н.В. Жидков // Физика плазмы - 1994. - Т.20, №1, - С. 90-92.

[А4] Получение высокотемпературной плазмы при облучении микросфер на лазерной установке "Искра-5" / В.А. Токарев, Ф.М. Абзаев, В.И. Анненков [и др.] // Письма в ЖЭТФ. - 1993. - Т. 58, вып. 1, - С. 28-30.

[А5] Исследование стойкости многослойных рентгеновских зеркал при действии на них мощного рентгеновского излучения лазерной плазмы наносекундной длительности / В.А. Токарев, А.И. Зарецкий, Г.Ф. Насыров [и др.] // Физика плазмы - 1994. - Т. 20, №2, - С. 229-232.

[А6] X-ray generation inside a spherical hohlraum:"Iskra-5" experimental results and simulations / V.A. Tokarev, S.A. Bel'kov [et al.] // 24th ECLIM, Book of Abstract, Madrid, - 1996.

[A7] Analysis of experiments on Iskra-5 facility with hohlraum covered by materials with different Z / V.A. Tokarev, S.A. Bel'kov [et al.] // 24th ECLIM, Book of Abstract, Madrid, - 1996.

[A8] Исследование турбулентного перемешивания при ускорении мишеней на установке "Искра-4" / В.А. Токарев, А.В. Бессараб, С.А. Бельков [и др.] // ЖЭТФ. - 1997. -Т. 111, вып. 3, - С. 882-888.

[А9] Регистрация спектра МРИ лазерной плазмы мишеней непрямого сжатия с конверторами из различных материалов в экспериментах на установке "Искра-5" / В.А. Токарев, А.В. Бессараб, С.А. Бельков [и др.] // 9-е совещание по диагностике высокотемпературной плазмы, Санкт-Петербург, - 1997. - С. 1-33.

[А10] Комплекс диагностики для исследования мягкого рентгеновского излучения лазерной плазмы в экспериментах на установках "Искра-4" и "Искра-5" / В.А. Токарев, А.В. Бессараб, А.В. Кунин [и др.] // 9-е совещание по диагностике высокотемпературной плазмы, Санкт-Петербург, - 1997. - С. 1-34.

[All]Регистрация спектра МРИ лазерной плазмы мишеней непрямого сжатия с различными параметрами в экспериментах на установке

"Искра-5" / В.А. Токарев, А.В. Бессараб, С.А. Бельков [и др.] // 9-е совещание по диагностике высокотемпературной плазмы, Санкт-Петербург, - 1997. - С. 1-42. [А 12] Radiation temperature measurements in Laser-heated Hohlraums / V.A. Tokarev, A.V. Bessarab, J.A. Coble [et al.] // 9-е совещание no диагностике высокотемпературной плазмы, Санкт-Петербург, - 1997. -С. Oil.

[А13] Методика регистрации спектральных и временных характеристик импульсного РИ / В.А. Токарев, В.В. Жмайло, М.Г. Васин [и др.] // 9-е совещание по диагностике высокотемпературной плазмы, Санкт-Петербург, - 1997.

[А 14] Измерения мягкого рентгеновского излучения сферических мишеней с внутренним вводом на установке Искра-5 / В.А. Токарев, А.В. Бессараб, С.А. Бельков [и др.] // Физика плазмы. - 1988. - №24 Т. 2 - С. 154-156.

[А15] Spectral Measurement of Soft X-ray Emission from the Laser Plasma of Indirect Target in the Iskra-5 Device / V.A. Tokarev, A.V. Bessarab, S.A. Bel'kov [et al.] // Plasma Physics Reports. - 1998. -V. 24. No. 2, - P. 133135.

[A16] Сжатие и нагрев сферических термоядерых мишеней при непрямом (рентгеновском) облучении на установке "Искра-5" / В.А. Токарев,

A.В. Бессараб, С.А. Бельков [и др.] // ЖЭТФ. - 1998. - Т.114, В.1, №7, -С.155.

[А17] Исследование влияния крупномасштабной асимметрии оболочки на работу мишени на установке Искра-5 / В.А. Токарев, А.В. Бессараб, С.А. Бельков [и др.] // Письма в ЖЭТФ. - 1998. - Т. 67, В.З, - С.161-165.

[А18] Исследования при непрямом (рентгеновском) облучении высоко-аспектных оболочечных микро-мишеней на установке "Искра-5" / В.А. Токарев, А.В. Бессараб, С.А. Бельков [и др.] // ЖЭТФ. - 1998. - Т. 114,

B. 6,№12,-С. 1993.

[A19]X-ray diagnostics of almost transparent Fe plasma of inverted corona target / V.A. Tokarev, A.V. Bessarab, S.A. Bel'kov [et al.] // 25th ECLIM, Book of Abstract, - 1998.

A20] Диагностика РИ частично прозрачной плазмы Fe и Al мишеней типа МОК / В.А. Токарев, А.В. Бессараб, С.А. Бельков [и др.] // Докл. 5 Международные Забабахинские Научные чтения, Снежинск- 1998. A21]The spectrometer on the TRIDENT laser facility to measure the radiation temperature of small Au Hohlraums / V.A. Tokarev, A.V. Bessarab, J.A. Coble [et al.] // Plasma Phys. Rep. - 1998. - V. 24, - P. 180. \22] Asymmetry influence on indirect-drive ISKRA-5 implosions / V.A. Tokarev, A.V. Bessarab, S.A. Bel'kov [et al.] // Inertial Fusion Sciences and Applications - 1999.

[А23] X-ray diagnostics of almost transparent Fe plasma of inverted corona targe / V.A. Tokarev, A.V. Bessarab, S.A. Bel'kov [et al.] // Laser and Particli Beams. - 1999. -V. 17, №2, - P. 293-298.

[A24] Compression and heating of indirectly driven spherical fusion targets oi ISKRA-5 facility / V.A. Tokarev, A.V. Bessarab, S.A. Bel'kov [et al.] / Laser and Particle Beams. - 1999. - V. 17, №4, - P. 591.

[A25] Study of shell's large-scale asymmetry influence on the target dynamic: using the Iskra-5 fasility / V.A. Tokarev, A.V. Bessarab, S.A. Bel'kov [e al.] // Laser and Particle Beams. - 1999. - V. 17, №4, - P. 385-390.

[A26] Study of high-aspect ratio capsule in indirect-drive experiments at the Iskra-5 facility / V.A. Tokarev, A.V. Bessarab, S.A. Bel'kov [et al.] // Laser and Particle Beams. - 1999. - V. 17, №4, - P. 597.

[A27] Исследование стойкости рентгеновских зеркал при действии на них лазерного излучения наносекундной длительности / В.А. Токарев, А.В. Бессараб, С.В. Бондаренко [и др.] // Докл. Рабочее совещание "Рентгеновская оптика-2000". - 2000. - Н.Новгород. С. 14-18.

[А28] Eight-channel x-ray spectrometer for 0,2-1,5 keV energy range with high time and energy resolution / / V.A. Tokarev, A.V. Bessarab, A.V. Kunin [et al.] // Review of scientific instruments. - 2000. - V.71, №1, - P. 82-87.

[A29] Спектральная чувствительность фотопленки УФ-4 в области спектра 0,27-3 кэВ / В.А. Токарев, А.В. Бессараб, С.А. Поспелова [и др.] // ПТЭ. - 2000. - №4, - С.151 -153.

[A30]X-ray diagnostics of partially transparent Fe and Al plasmas for inverted corona target / V.A. Tokarev, A.V. Bessarab, S.A. Bel'kov [et al.] // Laser and Particle Beams. - 2000. - V. 18, - P. 229-236.

[A31] Исследование стойкости рентгеновских зеркал при действии на них лазерного излучения наносекундной длительности / В.А. Токарев, А.В. Бессараб, С.В. Бондаренко [и др.] // Поверхность, Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2001. - №1, - С. 23-26.

[A32] Исследования по созданию лабораторного рентгеновского лазера на Ne-подобном германии / В.А. Токарев, А.В. Бессараб, Ф.А. Стариков [и др.] // Докл. Международная конференция «IV Харитоновские тематические научные чтения. Физика лазеров. Взаимодействие лазерного излучения с веществом». Саров, - 2002. - С. 83.

[АЗЗ] Investigations of a laboratory Ne-like germanium x-ray laser in RFNC-VNIIEF / V.A. Tokarev, A.V. Bessarab, F.A. Starikov [et al.] // Technical Digest of the International Quantum Electronics Conference. - 2002. -Moscow. - P. 42

[A34] Расчетные и экспериментальные исследования рентгеновского лазера в РФЯЦ-ВНИИЭФ / В.А. Токарев, А.В. Бессараб, Ф.А. Стариков [и др.] // Докл. XXX Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС. -2003. - Звенигород.

[А35] Modeling and experimental investigations of x-ray laser in RFNC-VNIIEF / V.A. Tokarev, A.V. Bessarab, F.A. Starikov [et al.] // SPIE - 2003. - V. 5197 Soft x-ray lasers and applications. - P. 60-71.

[A36] Экспериментальные и теоретические методы исследования дисперсионных элементов рентгеновской оптики на основе многослойных структур / В.А. Токарев, И.А. Щелоков, Д.В. Рощупкин [и др.] // Докл. XV международная конференции по использованию СИ. - 2004. - Новосибирск. - С. 149.

[A3 7] Спектр излучения полупрозрачного рентгеновского конвертора, облучаемого лазерным излучением субнано-секундной длительности /

B.А. Токарев, А.В. Бессараб, С.А. Бельков [и др.] // Докл. 11-ая всероссийская конференция по диагностике высокотемпературной плазмы. -2005. - Москва.

[А38] Расчетные и экспериментальные исследования рентгеновского лазера в РФЯЦ-ВНИИЭФ / В.А. Токарев, А.В. Бессараб, Ф.А. Стариков [и др.] // Труды РФЯЦ-ВНИИЭФ. - 2005. - В. 9, С. 186-209.

[A39] Simulations of a Ne-like Ge x-ray laser in RFNC-VNIIEF and comparison with experiments / V.A. Tokarev, A.V. Bessarab, F.A. Starikov [et al.] // J. Phys. - 2006. - IV V. 133, P. 1197-1199.

[A40] Влияние эффекта Холла на динамику плазмы в камере МАГО / В.А. Токарев, Л.П. Бабич, А.В. Ивановский [и др.] // Физика плазмы. -2008. - Т.34, №5, - С. 1-11.

[А41] Статистический подход к рассмотрению излучения многозарядных ионов в плазме с корональным равновесием / В.А. Токарев, С.Ф. Гаранин, В.И. Мамышев [и др.] // Физика плазмы. -2009. - Т.35, №8, -

C. 744-757.

[А42] Biochemical changes in first-episode drug-naive schizophrenic patients / V.A. Tokarev, M.G.Uzbekov, E.Y.Misionzhnik [et al.j // 2nd European Conference on Schizophrenia research, Berlin. - 2009.

[A43] Biochemical and biophysical aspects of the pathophysiology of first -episode schizophrenia / V.A. Tokarev, M.G.Uzbekov, N.V. Smolina [et al.] // 2nd Eastern European Psychiatric Congress, Moscow, - 2009.

[A44] What can we learn from albumin subnanosecond spectroscopy research to understanding of pathophysiology of mental disorders? / V.A. Tokarev, M.G.Uzbekov, N.V. Smolina [et al.] // Traditions and Innovations in Psychiatry WPA Regional Meeting Materials, St Petersburg - 2010.

[A45] Методики и приборы рентгеновской и флуоресцентной спектроскопии для исследования быстропротекающих процессов в горячей плазме, конденсированных и гетерогенных средах / В.А. Токарев, Л.П. Бабич, К.И. Бахов [и др.] //Вестник ННГУ. Сер. Прикладная рентгеновская физика. - 2010. -Вып. (2)

Подписано в печать 2010 г.

Формат 60 х 84 1/16. Тираж 100 экз. Заказ № Типография Нижегородского государственного университета 603950. Н.Новгород, пр. Гагарина 23, корп.5

Основные сокращения и условные обозначения.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Разработка методик и приборов для исследований спектральных характеристик рентгеновского излучения горячей плазмы.

1.1. Общая теория взаимодействия рентгеновского излучения с веществом и анализ существующих рентгеновских диспергирующих элементов и детекторов (обзор литературы).

1.2. Конструкции и параметры приборов для исследований спектральных характеристик РИ горячей плазмы.

1.2.1. Обзорный спектрограф на отражающей дифракционной решетке.

1.2.2. Узкополосные спектрометры на многослойных рентгеновских зеркалах и кристаллах.

1.2.3. Широкополосный спектрометр на зеркалах полного внешнего отражения.

1.3. Калибровка рентгенооптических элементов и детекторов спектральных приборов.

1.3.1. Калибровка рентгенооптических элементов на энергии 8 кэВ

1.3.2. Калибровка спектральных элементов приборов в спектральном диапазоне от 0,2 кэВ до 3,2 кэВ.

1.3.2.1 Определение спектральных характеристик многослойных рентгеновсих зеркал.

1.3.2.2 Измерения абсолютной спектральной чувствительности детекторов.

1.3.2.3 Измерение коэффициентов пропускания рентгеновских фильтров.

1.4. Исследования горячей лазерной плазмы плоских мишеней.

1.4.1. Исследование спектра трехслойной мишени из Si-Al-Au в опытах по турбулентному перемешиванию.

1.4.2. Исследование спектров линейчатого рентгеновского излучения в экспериментах по программе лабораторного рентгеновского лазера на установке "Искра-5".

1.5. Исследования горячей лазерной плазмы мишеней непрямого сжатия.

1.5.1. Исследования рентгеновских спектров сферических мишеней непрямого облучения на установке "Искра-5".

1.5.1.1. Исследование рентгеновских спектров при различных материалах покрытия сферического бокса.

1.5.1.2. Исследование рентгеновских спектров при различных размерах сферического бокса.

1.5.2 Исследование частично прозрачной Al и Fe плазмы мишеней с обращенной короной на установке "Искра-5".

1.5.3 Исследование рентгеновских спектров цилиндрических мишеней типа "иллюминатор" на установке "Искра-5".

1.6. Исследования горячей лазерной плазмы мишеней из Ar, Хе и Кг в целях создания безосколочного источника для рентгеновской литографии.

1.7. Исследования параметров горячей водородной плазмы камеры

МАГО.

Выводы к главе 1.

ГЛАВА 2. Разработка методик для исследований характеристик покрытий рентгеновских зеркал при импульсном разогреве.

2.1. Модельные эксперименты по исследованию покрытий зеркал полного внешнего отражения.

2.2. Модельные эксперименты по исследованию многослойных покрытий рентгеновских зеркал.

2.2.1. Исследования многослойных зеркал при воздействии лазерного излучения.

2.2.2. Исследования многослойных зеркал при воздействии рентгеновского излучения.

Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. Разработка методик и приборов для флуоресцентной спектроскопии гетерогенных сред на основе транспортного белка крови альбумина.

3.1. Создание экспериментальной установки для импульсного возбуждения флуоресценции биологических образцов.

3.1.1. Выбор светового источника накачки для импульсного возбуждения флуоресценции биологических образцов.

3.1.2. Система регистрации спектров флуоресценции с пикосекундным временным разрешением.

3.2. Регистрация спектра флуоресценции при разогреве биологических образцов.

3.3. Исследования молекулярной природы конформационных изменений в молекуле альбумина у пациентов с шизофренией на основе флуоресцентной спектроскопии.

Выводы к главе 3.

Актуальность темы исследования.

Рождение техники генерирования импульсов электромагнитных полей длительностью менее 10"8 с относится к 30-м годам 20-го века. С тех пор ведутся исследования макроскопических процессов, протекающих под действием этих импульсов в различных средах. Первые исследования с импульсами наносекундного диапазона (электрические разряды в плотных газах) выполнены Ньюменом [1], Флетчером [2] и Дики [3] с уменьшающимся интервалом времени между опубликованием полученных результатов: 12 лет и 3 года, соответственно, что свидетельствует о растущем интересе к этой области. В 50-е и 60-е годы 20-го века совершенствовалась техника генерирования сверхкоротких импульсов, стремительно сокращалась их длительность. Область исследования процессов, развивающихся под действием сверхкоротких импульсов, расширялась, исследования углублялись, точность повышалась. Уже более полувека устройства, генерирующие импульсы длительностью порядка 1 не, не являются экзотическими. Исследования процессов, протекающих под их действием, являются предметом множества публикаций. В настоящее время техника генерирования сверхкоротких импульсов электромагнитного излучения осваивает аттосекундный диапазон (лазерное излучение) [4].

Область исследований и технических применений сверхкоротких импульсов охватывает электрические разряды разных типов в газах и вакууме, твердотельную и газовую квантовую электронику, ядерный синтез, газоразрядные, плазменные и вакуумные источники импульсов проникающих излучений (электроны высоких энергий, нейтроны, рентгеновское излучение), биологические структуры и т.п.

Многие процессы, протекающие под действием сверхкоротких электромагнитных импульсов, сопровождаются генерацией рентгеновского излучения, которое несет информацию о фундаментальных элементарных процессах, отвечающих за динамику макроскопического процесса. Так, обнаружение импульсов рентгеновского излучения пикосекундного диапазона с непрерывным спектром из газовых разрядов позволило установить, что в плотных газовых средах при давлениях вплоть до 1 • 105 Па. генерируются сверхкороткие импульсы электронов высоких энергий [5-7]. По линейчатому спектру рентгеновского излучения определяется ионный состав, плотность электронов и температура плазмы. В экспериментах по лазерному термоядерному синтезу с помощью рентгеноспектральных методов диагностики удается определить параметр инерциального удержания плазмы, плотность холодной сжатой области и температуру горячего ядра мишени [8]. Для исследований быстропротекающих процессов по сопутствующему рентгеновскому излучению необходимы адекватные методики и аппаратура. Некоторым достижением в этой области посвящены первые две главы, приведенные в настоящей диссертации.

Для диагностирования рентгеновского излучения (РИ) плазмы в качестве спектральных элементов обычно применяются различные рентгеновские зеркала и дифракционные решетки. Рентгеновские зеркала представляют собой конденсированные структуры различных атомов, осажденных на зеркальную подложку. Каждая такая структура имеет индивидуальные спектральные характеристики, от стабильности которых зависит точность диагностирования плазменных источников. При расположении рентгеновских зеркал вблизи мощных плазменных источников они подвергаются световому, рентгеновскому и корпускулярному воздействиям, которые приводят к быстрой их деградации [9-11]. Для обеспечения условий безопасной эксплуатации зеркал необходимо знать предельные, вызываемые вышеперечисленными факторами, радиационные воздействия и тепловые нагрузки, при которых еще не происходит заметного изменения отражательной и селектирующей способности зеркал. К примеру, коэффициент отражения рентгеновских зеркал является сложной функцией периода структуры, пары используемых веществ, их толщины, числа слоев и характера межплоскостных шероховатостей [12,13]. Все эти характеристики меняются под воздействием радиации и нагрева.

При изучении флуоресценции гетерогенных сред, каковыми являются белковые структуры, в качестве источника возбуждения среды можно применять как мягкое РИ плазмы и синхротронных ускорителей, излучающих в диапазоне длин волн Я с нижней границей внутри "водяного окна" (2,33-4,36) нм, так и лазерное излучение. Для исследования процессов флуоресценции необходимы источники возбуждения, длительность импульса которых должна быть сопоставима или меньше длительности самого процесса. В связи с освоением диапазона ~Ю"10 с необходимы соответствующие возбуждающие импульсы. Создание источников мягкого РИ с такими длительностями - сложная и дорогостоящая задача. Гораздо проще и дешевле применять импульсы лазерного излучения с оптимальной длиной волны для эффективного выхода флуоресценции. В последние годы были разработаны новые физические подходы к изучению флуоресцентными методами структуры транспортного белка - альбумина. Эти подходы позволяют на основании данных о затухании флуоресцении в наносекундном диапазоне рассчитывать абсолютные концентрации и локализацию разных типов молекул, принимающих участие во флуоресценции, и, следовательно, изучать весь спектр конформационных состояний центров в макромолекуле, содержащей флуорофоры [14-16].

Целью диссертационной работы является создание экспериментальных методик для исследования быстропротекающих процессов в горячей плазме, конденсированных веществах и гетерогенных средах.

Для достижения этой цели решались следующие задачи:

1. Создание аппаратуры для проведения измерений параметров рентгеновского излучения с высоким временным, спектральным и пространственным разрешениями в диапазоне Ьу=0,05-^3 кэВ.

2. Создание аппаратуры для абсолютной калибровки разрабатываемых спектральных приборов и их рентгенооптических элементов в диапазоне энергий квантов (0,1^8) кэВ.

3. Разработка методик восстановления спектральных характеристик РИ горячей плазмы.

4. Разработка методик калибровки разрабатываемых спектральных приборов и их рентгенооптических элементов в диапазоне энергий квантов (0,1-8) кэВ.

5. Разработка методик проведения экспериментов по исследованию лучевой стойкости рентгеновской оптики.

6. Создание установки для изучения флуоресценции гетерогенных сред с пикосекундным временным разрешением.

7. Разработка методик проведения экспериментов с белковыми структурами на основе сыворотки человеческого альбумина.

8. Разработка методик восстановления спектральной флуоресценции белковой структуры на основе сыворотки человеческого альбумина.

Научная новизна заключается в следующем.

1. Разработаны и введены в эксплуатацию новые абсолютно-калиброванные многоканальные спектрометры непрерывного РИ на основе многослойных рентгеновских зеркал и кристаллов, позволяющие проводить интегральные и временные измерения в диапазона энергий квантов Ь/=(0,2-гЗ) кэВ.

2. Разработаны и введены в эксплуатацию новые спектрографы на дифракционной решетке с плоским полем регистрации, позволяющие проводить интегральные по времени измерения линейчатого и непрерывного РИ в диапазоне 1ху=(0,05ч-0,7) кэВ с пространственным ~250 мкм и спектральным Е/АЕ ~200 разрешениями. для получения безосколочных источников РИ для рентгеновской литографии; для определения термической стойкости различных рентгеновсих зеркал, располагающихся вблизи мощных источников лазерного и рентгеновского излучений; для создания приборов на основе флуоресцентной спектроскопии для определения и лечения больных шизофренией; в исследованиях молекулярной природы конформационных изменений в молекуле альбумина у пациентов с депрессией.

Основные положения выносимые на защиту:

1. Комплекс методик и абсолютно-калиброванных спектральных приборов для измерений характеристик РИ горячей плазмы в спектральном диапазоне 1ту=(0,05-3) кэВ с высоким спектральным Е/АЕ ~20->2000, временным т~0,2 не и пространственным -250 мкм разрешениями.

2. Калибровочный комплекс методик и приборов, позволивший провести исследование с высокой точностью (2-10%) абсолютных характеристик рентгенооптических элементов (многослойных рентгеновских зеркал, дифракционных решеток и рентгеновских фильтров) и регистраторов рентгеновского излучения (рентгеновских пленок и вакуумных рентгеновских диодов) в диапазоне 1гу=(0,1ч-8) кэВ с высоким спектральным разрешением Е/АЕ ~20-^2000.

3. Методика, позволяющая в квазистационарной схеме накачки измерять расходимость, угловое отклонение и коэффициент усиления лазерных рентгеновских линий №-подобного германия.

4. Методика, позволяющая проводить измерения спектра и температуры водородной плазмы с временным т~0,2 не и спектральным Е/АЕ ~10 разрешениями в экспериментах с термоядерной камерой МАГО.

5. Методы, позволяющие определять стойкость рентгенооптических покрытий зеркал при воздействии на них мощных потоков лазерного и рентгеновского излучений наносекундной длительности.

6. Метод, позволяющий определять конформационные изменения в молекуле альбумина у пациентов с шизофренией на основе флуоресцентной спектроскопии.

Личный вклад автора

Автором разработаны описанные в диссертации методики и осуществлена их техническая реализация. Все измерения и обработка спектров РИ проведены автором. При определяющем творческом участии автора были проведены исследования по лучевой стойкости рентгеновской оптики. Рентгенографические измерения многослойных зеркал и зеркал ПВО проведены совместно с Рощупкиным Д.В. и Трушиным В.Н. Приведенные в работе результаты численного моделирования получены совместно с Рогачевым В.Г., Насыровым Г.Ф. и Баховым К.И. В соавторстве с Бессарабом A.B. и Куниным A.B. разработан 8-ми канальный спектрометр РИ. В соавторстве с Бессарабом A.B. выполнены работы по созданию калибровочного рентгеновского комплекса. В соавторстве с Стариковым Ф.А. и Бессарабом A.B. выполнены работы по созданию лабораторного рентгеновского лазера. Исследования молекулярной природы конформационных изменений в молекуле альбумина у пациентов с шизофренией на основе флуоресцентной спектроскопии проведены совместно с Узбековым М.Г., Добрецовым Г.Е. и Грызуновым Ю.А.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: SPIE Iodine Lasers and Applications (1992), 24th ECLIM (Madrid, 1996), 9-е совещание по диагностике высокотемпературной плазмы ( Санкт-Петербург, 1997), 25th ECLIM (1998), 5 Международные Забабахинские Научные чтения (Снежинск, 1998), Рабочее совещание

12

Рентгеновская оптика-2000" (Н. Новгород, 2000), Рабочее совещание "Рентгеновская оптика-2002" (Н. Новгород, 2002), Международная конференция «IV Харитоновские тематические научные чтения. Физика лазеров. Взаимодействие лазерного излучения с веществом» (Саров, 2002), Technical' Digest of the International Quantum Electronics Conference (Moscow, 2002), XXX Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС, (Звенигород, 2003), SPIE Soft x-ray lasers and applications (San-Diego 2003), Рабочее совещание "Рентгеновская оптика-2003" (Н. Новгород, 2003), XV международная конференция по использованию СИ (Новосибирск, 2004), 11-ая всероссийская конференция по диагностике высокотемпературной плазмы (Москва, 2005), 2nd European Conference on Schizophrenia research, (Берлин, 2009), 2nd Eastern European Psychiatric Congress (Moscow, 2009), Traditions and Innovations in Psychiatry WPA Regional Meeting Materials (St. Petersburg, 2010)

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 44 работах, из них 24 статьи в'рецензируемых научных журналах, в том числе в 18 журналах рекомендуемых ВАК, 20 докладов в трудах симпозиумов, конференций и семинаров.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, трех глав; заключения, приложения и списка литературы. Она содержит 242 страницы, включая 142 рисунка и 15 таблиц. Список цитированной литературы насчитывает 136 наименований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Создан и введен в эксплуатацию комплекс методик и абсолютно-калиброванных спектральных приборов для измерений характеристик РИ горячей плазмы в спектральном диапазоне (0,05*3) кэВ с высокими спектральным Е/АЕ ~20*2000, временным т~0,2 не и пространственным -250 мкм разрешениями, состоящий из:

- обзорных спектрографов на отражающих сферических дифракционных решетках;

- 12-канального узкополосного спектрометра на МРЗ и кристаллах;

- 8-канального узкополосного спектрометра на МРЗ;

- 3-канального широкополосного спектрометра на зеркалах ПВО.

2. Создан и введен в эксплуатацию калибровочный комплекс методик и приборов, позволивший провести исследование с точностью (2*10) % абсолютных характеристик рентгенооптических элементов (многослойных рентгеновских зеркал, дифракционных решеток и рентгеновских фильтров) и регистраторов РИ (рентгеновских пленок и вакуумных рентгеновских диодов) в диапазоне энергий квантов Ьу=(0,1*10) кэВ со спектральным разрешением Е/АЕ -20*2000.

3. Исследованы спектры РИ горячей плазмы в экспериментах по ЛТС с различными типами мишеней (плоские, многослойные, сферические, цилиндрические, газообразные) и взрывных экспериментах с термоядерной МГД камерой МАГО.

4. Измерены эффективные температуры лазерной плазмы сферических мишеней и водородной плазмы в камере МАГО.

5. Исследована стойкость рентгенооптических элементов при воздействии на них мощных потоков лазерного и рентгеновского излучений наносекундной длительности.

6. Разработана эффективная методика расчета разогрева поверхности зеркал рентгеновским и лазерным излучениями с учетом удельной теплоты фазовых переходов материалов через коррекцию зависимостей теплоемкости ср(Т) в окрестности температуры перехода 7фП на величину Л//фП

7. Определены критерии стойкости и ухудшения отражательной способности рентгеновских зеркал.

8. Исследована молекулярная природа конформационных изменений в молекуле альбумина у пациентов с шизофренией на основе флуоресцентной спектроскопии.

9. Получены результаты по изменению конформации и физико-химических свойств альбумина человека при шизофрении не только в процессе терапии, но уже при первом ее эпизоде до лечения.

1. Neuman М. Short time lag of spark breakdown. Phys. Rev. V.52, p.652-654, 1937.

2. Fletcher R.C. Impulse breakdown in the 10"9s range of air at atmospheric pressure. Phys. Rev. V.76, p. 1501, 1949.

3. Dickey F.R. Contribution to the theory of impulse breakdown. J. Appl. Phys. V.53, p.1336, 1952.

4. Tzallas P., Charalambidis D., Papadogiannis N. et al. Direct observation of attosecond legit bunching. Nature, V.426, №20, p.267-271, 2003.

5. Бабич Л.П., Лойко Т.В., Цукерман В.А. Высоковольтный наносекундный разряд в плотных газах при больших перенапряжениях, развивающийся в режиме убегания электронов. УФН., Т. 160, с.49-80, 1990.

6. Babich L.P. High-Energy Phenomena in Electric Discharges in Dense Gases: Theory, Experiment, Natural Phenomena. Futerpast. Arlington. Virginia, 2003.

7. Бабич Л.П. Анализ нового механизма убегания электронов и рекордных токов убегающих электронов, достигнутых в новых экспериментах с разрядами в плотных газах. УФН, Т. 175, с. 1069-1091, 2005.

8. А.В.Бессараб, С.Г.Гаранин, Г.А.Кириллов и др. Эксперименты на установках "Искра-4" и "Искра-5": развитие диагностик и результаты последних двух лет. Доклад 9 совещания по диагностике высокотемпературной плазмы, С.Петербург, 1997.

9. Knight L.V., Thorne J.M., Toor A. et al. // Rev. Phys. Appl. V. 23. p. 1631, 1988.

10. Kohler D., Gunman J.L., Watson BA. et al. // Rev. Sci. Jnstrum. V. 56. p. 812, 1985.

11. Lee R.W., Eckart MJ., Kilkenny J.D. et al. SPIE. V. 831. X-ray from Lasers Plasmas. 1987.

12. Виноградов А.В., Брытов И.А., Грудский А.Я. и др. Зеркальная рентгеновская оптика. Под общей ред. Виноградова А.В. Л.: Машиностроение, с. 32-33, 1989.

13. Виноградов А.В., Кожевников И.В. Отражение и рассеяние рентгеновского излучения от шероховатых поверхностей// Труды ФИАН, № 196, М. Наука, 1989.

14. Gryzunov, Y. A.; Syrejshchikova, Т. I.; Komarova, М. N.; Misionzhnik, Е. Y.; Uzbekov, М. G.; Molodetskich, А. V.; Dobretsov, G. Е.; Yakimenko, М. N. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. (A) A-448, p. 478-482, 2000.

15. Dobretsov, G. E.; Gryzunov, Y. A.; Komarova, M. N.; Syrejschikova, Т. I.; Yakimenko, M. N. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. (A) A405, p. 344-347, 1998.

16. Dobretsov, G. E.; Syrejschikova, Т. I.; Gryzunov, Y. A.; Yakimenko, M. N. J Fluorescence 8, p. 27-34, 1998.

17. А. Мишетт. Оптика мягкого рентгеновского излучения: Пер. с англ. М.: Мир, 1989.

18. М.А. Блохин. Физика рентгеновских лучей. М. 1953.

19. Рентгеновская оптика. Труды ФИАН. Т. 196. М.: Наука, 1989.

20. Henke B:L. et al. Low-Energy X-Ray Interaction Coefficients. Atomic Data and Nuclear Data Tables. V.27, №1, 1982.

21. Рентгеновская диагностика лазерной термоядерной плазмы. М.: Наука, —. Тр.ФИАН; Т.203, с. 220, 1990.

22. Беляев Л.М., Гильварг А.Б., Михайлов Ю.А. и др. // Квантовая электроника. Т.4, №1. с. 129-135, 1977.

23. Бойко В.А., Виноградов А.В., Пикуз С.А. и др. Рентгеновская спектроскопия лазерной плазмы. // Итоги науки и техники. Радиотехника. М.: ВИНИТИ, Т.27, 1980.

24. Шевелько А.П. // Квантовая электроника. Т.4, №9. с.2013-2015, 1977.

25. Зайдель А.Н. Основы спектрального анализа. М. Наука, 1965.

26. Tatsuo Harada and Toshiaki Kita. Mechanically ruled aberration-corrected concave gratings. Appl. Optics, V.19, №23, 1980.

27. Бобашев С.В., Симановский Д.М., Сорокин А.А. и Шмаенок JI.A. Приборы на многослойных зеркалах для диагностики плазмы. Материалы всероссийского совещания по рентгеновской оптике. Нижний Новгород, 2326 февраля 1998.

28. Салащенко Н.Н. Исследования в области многослойной рентгеновской оптики в ИФМ РАН. Материалы всероссийского совещания по рентгеновской оптике. Нижний Новгород, 23-26 февраля 1998.

29. Кругляков Э.П., Николенко А.Д., Семенов Е.П. и др. Спектрометры на основе многослойных рентгеновских зеркал для диагностики высокотемпературной плазмы. Материалы всероссийского совещания по рентгеновской оптике. Нижний Новгород, 23-26 февраля 1998.

30. Ceglio N.M. The impact of microfabrication technology on X-ray optics. Proc. Conf. "Low energy X-ray diagnostics", Monterey, 1981.

31. Eastmen Kodak publication № P-315. Plates and films for scientific photography, 1973.

32. Кологривов A.A., Михайлов Ю.А., Склизков Г.В. и др. Применение фотопленок типа УФ-Р и УФ-ВР для диагностики лазерной плазмы по непрерывному рентгеновскому излучению в спектральном интервале 0,1-1 нм. Квантовая электроника, Т.2, №10, с. 2223-2237, 1975.

33. Эклз М., Сим Э., Триттон К. Детекторы слабого излучения в астрономии. Пер. с англ. М.: Мир, с. 200, 1986.

34. Алстром Х.Г. В сборнике "Диагностика плазмы" вып.4 (III), М., Энергоиздат, стр.3, 1981.

35. V.W. Slivinsky. Low Energy X-ray Diagnostics. 1981, Montherey, AIP Conference Proceedins, Num, 75, № J, p.6, 1981.

36. Richardson M.C., Gregory G.G., Keck R.L. et al. // Laser Interaction and Related Plasma Phenomena. N.Y.; London. V.7. p. 179-211, 1986.

37. Keck R.L., Goldman L.M., Richardson M.C. et al. // Phys. Fluids. V.27. p. 2762, 1984.

38. W.C.Mead, E.M.Campbell, K.G.Estabrook et. al. Phys. Rev. Lett., 47 (18), p.1289, 1981.

39. Thomas S.W., Peterson R.L., Griffith R.L. Investigation of other operating points for the RCA streak tube in the LLNL streak camera. Spie, v.348, p.731, 1982.

40. Чевокин B.K. Высокоскоростная рентгеновская электронно-оптическая диагностика лазерной плазмы. Квантовая электроника. Т. 17, №9, 1990.

41. Барабаш 3.JL, Брагин Б.Н., Голубев А.А. и др. //Кратк. Сообщ. По физ. ФИАН. №5. с. 16-20, 1985.

42. Wang C.L., Leipelt G.R., Nilson D.G. // Rev. Sci. Instrum. V.56. №5. p.833-834, 1985.

43. Yong B.K.F., Stewart R.E., Woodworth J.E., Bailey J. // Rev. Sci. Instrum. V.57, №11. p.2729-2732, 1986.

44. Beynon J.D.E., Lamb D.R. Charge-Coupled Devices and Their Applications, McGraw Hill, London, 1980.

45. International Conference on Technology and Applications of Charge Coupled Devices. University of Edinburg, 1974.

46. Namioka T. Theory of the concave grating. J. Opt. Soc. Amer., V. 49, №5, p.446-465, 1959.

47. V.W. Slivinsky. Low Energy X-ray Diagnostics. 1981, Montherey, AIP Conference Proceedins, Num, 75, № J, p.6, 1981.

48. A.V. Bessarab, S.V. Grigorovtch, V.V. Intyapin et al. Eight-channel x-ray spectrometer for 0,2-1,5 keV energy range with high time and energy resolution. Review of scientific instruments. V.71, №1, p.82, 2000.

49. The spectrometer on the TRIDENT laser facility to measure the radiation temperature of small Au Hohlraums / V.A. Tokarev, A.V. Bessarab, J.A. Coble et al. // Plasma Phys. Rep. V. 24, p. 180, 1998.

50. С.Ф.Гаранин, Е.М.Кравец, В.И.Мамышев, В.А.Токарев Статистический подход к рассмотрению излучения многозарядных ионов в плазме с корональным равновесием. Физика плазмы, т.35, №8, 2009.

51. П.А. Арутюнов, А.Л. Толстихина. Сканирующая зондовая микроскопия (туннельная и силовая) в задачах метрологии наноэлектроники. Микроэлектроника, т.26, №6, с.426-439, 1997.

52. П.А. Арутюнов, А.Л. Толстихина, В.Н. Демидов. Параметры шероховатости по данным измерений атомно-силового микроскопа. Микроэлектроника, т.27, №6, с. 431-439, 1998.

53. S.J. Fang, W. Chen, Т. Yamanaka, C.R. Helms. Comparison of Si surface roughness measured by atomic-force microscopy and ellipsometry. Appl. Phys. Lett., 68(20), p. 2837-2839, 1996.

54. C. Teichert, J.F. MacKay, D.E. Savage, M.G. Lagally. Comparison,of surface roughness of polished silicon wafers measured by light scattering topography, soft-x-ray scattering and atomic-force microscopy. Appl. Phys. Lett., 66(18), p.2346-2348, 1995.

55. B.B. Протопопов, K.A. Валиев, P.M. Имамов. Сравнительные измерения шероховатости подложек рентгеновских зеркал методами рентгеновской рефлектометрии и сканирующей зондовой микроскопии. Кристаллография, т. 42, №4, с. 747-754, 1997.

56. R.E. Engdahl. Chemical vapour deposited (CVD) silicon carbide mirror technology, Reflecting Optics for Synchrotron Radiation, Proc. SPIE 315,, p. 123130, 1981.

57. Смирнов В.Н., Серегин Ю.П. Пропорциональный счетчик для регистрации ультрамягкого рентгеновского излучения. ПТЭ, №1, 1974.

58. Аглицкий Е.В., Бойко В.А., Калинкина Т.А. и др. Сенситометрические характеристики пленок УФ-Р, УФ-ВЧ, УФ-ВР, используемых для регистрации мягкого рентгеновского излучения (Х,=2-10 À). ПТЭ, №4, 1975.

59. Кологривов A.A., Михайлов Ю.А., Склизков Г.В. и др. Применение фотопленок типа УФ-Р и УФ-ВР для диагностики лазерной плазмы по непрерывному рентгеновскому излучению в спектральном интервале 0.11 нм. Квантовая электроника. Т.2, №10, 1975.

60. Мовшев В.Г., Рябцев Н.К. и Сухо древ Н.К. Измерение чувствительности фотопленок УФ-2Т, УФ-Р и SC-5 в области спектра 1.5-23.6 À. ЖПС, т. 12, вып.2, 1970.

61. Мазинг М.А., Мольков В.В., Шевелько А.П. и Шпольский М.Р. Зависимость коэффициента контрастности фотопленки УФ-ВР от. длины волны рентгеновского излучения. ПТЭ, № 5, 1981.

62. Cairns R.B. and Samson J.A.R. J. Opt. Soc. Am. 56, p. 1568, 1966. .

63. Saloman E.B. Appl. Opt. V.17. p. 1489, 1978.

64. Gaines J.L. and Hansen R.A. J. Appl. Phys. V.47. p.3923, 1976.

65. Eliseenko L.G., Schmelev V.N. and Rumsh M.A. Zh. Tekh: Fiz. 38, 1968. p.175; Sov. Phys.-Tech. Phys. 13, p. 122, 1968.

66. R. H. Day, P. Lee, D. J. Nagel, and E. B. Salamon, J. Appl. Phys. 52, p.6965, 1981.

67. G.G. Kochemasov, Proceedings of the 23rd European Conference Laser Interaction with Matter. Oxford, 19-23 September 1994, Institute of Physics Conference Series Number 140, p.17, 1995.

68. M.D. Cable, S.P. Hatchett, J.A. Caird et al., Phys. Lett, 73, p.2316 (1994).

69. Ф.В. Андронов, В.И.Козлов, B.B. Никифоров, А.Н. Разин, Ю.А. Юдин, ВАНТ, сер.Математическое моделирование физических процессов. Вып. 2, С.59, 1994.

70. Ф.В. Андронов, Е.Е. Мешков, В.В. Никифоров и др., ДАН СССР 264, с.76 1982.

71. Андронов В.А., Бельков С.А., Бессараб А.В., и др. Исследование турбулентного перемешивания тонких слоев разноплотных веществ при лазерном ускорении плоских многослойных мишеней на установке "Искра-4". ЖЭТФ, т.111, вып.З, с. 882-888, 1997.

72. И.Н. Воронин, В.А.Ерошенко, А.И.Зарецкий и др., Изв. АН СССР, сер. Физ. 54, с.2016 1990.

73. П.Д.Гаспарян, Ф.А.Стариков, А.Н.Старостин, Успехи Физических Наук, 168, с.843 1998.

74. Дж.Нильсен, Квантовая электроника, 31, 3 (2003); J. Nilsen, "Legacy of the X-ray Laser Program", LLNL Report UCRL-LR-114552 (1993); LLNL Report UCRL-52000-94-11 1994.

75. R.C. Elton, X-ray lasers, Academic Press, Boston 1990.

76. R.C. Elton, Appl. Optics 14 p.97 1975.

77. A.H. Жерихин, K.H. Кошелев, В.С.Летохов, Квантовая Электроника 3 с. 152 1976.

78. А.В. Виноградов, И.И. Собельман, Е.А. Юков, Квантовая Электроника 4 с.63 1977.

79. D.L. Matthews, P.L. Hagelstein, M.D. Rosen et al., Phys. Rev. Lett. 54, p.110 1985.

80. R.C. Elton, X-ray lasers (Boston: Academic Press, 1990.

81. X-Ray Lasers 1998, IOP Conf. Ser. No. 159, ed. by Y. Kato, H. Takuma, H. Daido, IOP Publishing Ltd, Bristol 1999.

82. X-Ray Lasers and Applications V, Proc. SPIE 5197 2003.

83. J. Nilsen, BJ. MacGowan, L.B. Da Silva, J.C. Moreno, Phys. Rev. A 48, p.4682 1993.

84. Ф.М.Абзаев, В.И.Анненков, В.Г.Безуглов и др. Письма в ЖЭТФ, 58, с.28, 1993.

85. F.A. Starikov et al., Proc. SPIE 5197, p.60, 2003.

86. Mossessian D.A., Heimman Р.А. et al. Nucl. Instr. And Meth. In Phys. Res., V.a347, p.244, 1994.

87. Бельков С.А., Бессараб A.B., Воинов Б.А. и др. Диагностика РИ частично прозрачной плазмы Fe и А1 мишеней типа МОК. Доклад на 5 международных Забабахинских научных чтениях. Снежинск, сентябрь 1998.

88. X-ray diagnostics of almost transparent Fe plasma of inverted corona target / V.A. Tokarev, A.V. Bessarab, S.A. Bel'kov et al. // Laser and Particle Beams. -V. 17, №2, p. 293, 1999.

89. X-ray diagnostics of partially transparent Fe and Al plasmas for inverted corona target / V.A. Tokarev, A.V. Bessarab, S.A. Bel'kov et al. // Laser and Particle Beams. -V. 18, p. 229-236, 2000.

90. Bel'kov S.A., Bessarab A.V., Gaidash V.A. et. al. X-ray diagnostics of almost transparent Fe plasma of inverted corona target. 25th ECLIM,Book of Abstract, May, 1998.

91. Abzayev F.M., Belotserkovets A.V., Bel'kov S.A. et. al. Characteristics of solid Xe plasma soft X-rays produced in experiments at iodine laser facility Iskra-4.//Proc. SPIE. V.1980. p. 69-74, 1992.

92. Bel'kov S.A., Dolgoleva G.V. VANT, ser. Mathematical modeling of physical processes, №l,p.59-61, 1992.

93. Мохов В.Н., Чернышев В.К., Якубов В.Б. и др. ДАН СССР, Т.247, с.83, 1979.

94. Л.П. Бабич, В.И. Дудин, А.В.Ивановский и др. Влияние эффекта Холла на динамику плазмы в камере МАГО Физика плазмы, т.34, №5, с.1-11", 2008.

95. Ахсахалян А.Д., Белик В.П., Бобашев C.B. и др. Десятиканальный полихроматор на многослойных зеркалах для области 0.1-1 кэВ. Тез. докладов V Всесоюзного совещания по диагностике высокотемпературной плазмы. Минск, с. 163-164, 1990.

96. Бессараб A.B., Зарецкий А.И., Кунин A.B. и др. Физика плазмы, Т. 20, №2, с.229-232, 1994.

97. Виноградов A.B., Брытов И.А., Грудский А.Я. и др. Зеркальная рентгеновская оптика. Под общей ред. Виноградова A.B. Л.: Машиностроение, с.32-33, 1989.

98. Виноградов A.B., Кожевников И.В. Отражение и фассеяние рентгеновского излучения от шероховатых поверхностей // Труды ФИАН, № 196, М. Наука, 1989.

99. Knight L.V., Thome J.M., Тоог A. et al. // Rev. Phys. Appl. V. 23. p. 1631, 1988.

100. Kohler D., Gunman J.L., Watson BA. et al. // Rev. Sei. Jnstrum. V. 56. p. 812, 1985.

101. LeeR.W., Eckart MJ., Kilkenny J.D. et al. SPIE. V. 831. X-ray from Lasers Plasmas. 1987.

102. Кормер С.Б. II Изв. АН СССР. Сер. физ. Т. 44. с. 2002, 1980.

103. B.C. Чиркин Теплопроводность промышленных материалов. М., 1962.

104. Н.И. Кошкин, М.Г. Ширкевич Справочник по элементарной физике. М., Наука, 1980.

105. Таблицы физических величин. Справочник под ред. акад. И.К. Кикоина. М., Атомиздат, с. 1008, 1976.

106. Теплопроводность твердых тел. Справочник под ред. A.C. Охотина. М., Энергоатомиздат, 1984.

107. FEMLAB Modeling Guide. Chapter7: Heat Transfer, COMSOL AB, December p. 108 134, 2003.

108. Мотулевич Г. Я.//Труды ФИ АН СССР: Т. 55. с. 3, 1971.

109. Бессараб.А.В., Жидков H.Bl, Зарецюда А.И: и др. Лазерное моделирование действия РИ на зеркала ПВО. Известиям А№ СССР, сер;физ. Т.54, №10, С.2045, 1990.

110. Рентгеновская оптика. Труды ФИАН. Т. 196. М.: Наука, с.112, 1989.

111. А.В.Бессараб, С.В.Бондаренко, А.И.Зарецкий и др. Исследование стойкости рентгеновских зеркал при действии на них лазерного излучения наносекундной длительности. Поверхность, Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. №1, с.23, 2001.

112. Исследование стойкости рентгеновских зеркал при действии на них лазерного- излучения наносекундной длительности / В.А. Токарев, A.B. Бессараб, C.B. Бондаренко и др. // Докл. Рабочее совещание "Рентгеновская оптика-2000". Н.Новгород, 2000.

113. Кругляков Э.П., Мытниченко C.B., Никитенко С.Г. и др. Исследования» методами-EXAF S, PXRD и SAXS. влияния отжига на свойства. Со-С H.Ni-C многослойных рентгеновских зеркал. Препринт ИЯФ СО'РАН 93-15». Hi, с.12, 1993.

114. В.А. Токарев, Л.П. Бабич, К.И. Бахов и др. Методики m приборы рентгеновской и флуоресцентной' спектроскопии для исследования быстропротекающих процессов в горячей плазме, конденсированных И' гетерогенных средах. Вестник ННГУ, 2010.

115. Гапонов C.B., Грудский А.Я., Гусев CA. и др. // Письма в ЖТФ. Т. 55, с. 575, 1985.

116. Бессараб A.B., Зарецкий А.И., Насыров Г.В., и др. Исследование стойкости многослойных рентгеновских зеркал при действии на нихi мощного рентгеновского излучения лазерной плазмы наносекунднойдлительности. Физика плазмы, том 20, №2 с. 229-232, 1994.

117. Бауэр, Э; С. Теоретическая^биология; ВИЭМ: Москва, 1935.

118. Насонов, Д. Н.; Александров, В. Реакция живого вещества на внешние воздействия; Изд-во АН СССР: Москва-Ленинград, 1940.

119. Teipel, J. W.; Koshland, D. E. Biochemistry, 10, p.797-804, 1971.

120. Prion Diseases of Humans and Animals; Prusiner, S.; Collinge, J.; Powell, J.; Anderton, В., Eds.; Ellis Harwood: N.-Y., 1992.

121. Aguzzi, A.; Weissmann, С. Nature, 389, p.795-823, 1997.

122. Dobretsov, G. E.; Gryzunov, Y. A.; Komarova, M. N.; Syrejschikova, Т. I.; Yakimenko, M. N. Nucí. Instr. Meth. Phys. Res. (A), A405, p.344-347, 1998.

123. Dobretsov, G. E.; Syrejschikova, Т. I.; Gryzunov, Y. A.; Yakimenko, M. N. J Fluorescence, 8, p.27-34, 1998.

124. Gryzunov, Y. A.; Syrejshchikova, Т. I.; Komarova, M. N.; Misionzhnik, E. Y.; Uzbekov, M. G.; Molodetskich, A. V.; Dobretsov, G. E.; Yakimenko, M. N. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. (A), A-448, p.478-482, 2000.

125. Миллер, Ю.И.; Добрецов, Г. E. Клин лаб диагностика, No.5,.p.20-23, 1994.

126. Альбумин сыворотки крови в клинической медицине; Грызунов, Ю.А.; Добрецов, Г. Е. Eds.; Ириус: Москва, 1994.

127. Альбумин сыворотки крови в клинической медицине. Книга 2; Грызунов, Ю.А.; Добрецов, Г. Е. Eds.; ГЭОТАР: Москва, 1998.

128. Gryzunov Iu, A.; Misionzhnik, Е.; Uzbekov, М. G.; Molodetskikh, А. V. Clin Lab Diagn, No.5, p.31-33, 1994.

129. Gryzunov Iu, A.; Pestova, А. В.; Kotsaimani, E. N.; Ariutunov, G. P.; Melent'ev, A. S. Klin Lab Diagn, No.5, p.23-50, 1994.

130. Физические величины: Справочник под ред. И.С.Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.; Энергоатомиздат, с. 1232, 1991.

131. Б.А.Григорьев Импульсный нагрев излучениями. 4.1. Характеристики импульсного облучения и лучистого нагрева. М., Наука, с. 319, 1974.

132. Грызунов, Ю.А.; Сырейщикова, Т. И.; Комарова, М. Н.; Мисионжник, Э.; Молодецких, А. В.; Узбеков, М. Г.; Якименко, М. Н. Социальная и клиническая психиатрия, 7, с.55-60, 1997. о(