Отражательные свойства ударно-сжатой плазмы тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ

На правах рукописи

ЗАПОРОЖЕЦ Юрий Борисович

ОТРАЖАТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА УДАРНО-СЖАТОЙ ПЛАЗМЫ

Специальность 01.04.17 - химическая физика, в том числе физика горения и взрыва

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Черноголовка 2006

Работа выполнена в Институте проблем химической физики РАН.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

МИНЦЕВ Виктор Борисович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

ВАСИЛЬЕВ Генрих Константинович

доктор физико-математических наук КРАСЮК Игорь Корнелиевич

Ведущая организация: Институт теплофизики экстремальных состояний ОИВТ {'АН

Защита состоится ^ 2006 г. в (/) ч. мин. на заседании

диссертационного совета Д 002.082.01 при Институте проблем химической физики РАН по адресу: 142432, Черноголовка Московской обл., пр-т ак. Семенова, д. 1, ИПХФ РАН, актовый зал корпуса 1/2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем химической физики РАН.

Автореферат разослан «¿¿г> фи 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002.082.01 кандидат физ.-мат. наук

А.А. ЮДАНОВ

774А

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертационная работа посвящена исследованию отражательных свойств ударно-сжатой плазмы с сильным взаимодействием частиц, характеризуемым параметром кулоновской неидеальности вплоть до значений Г=(4жпе/3)' Зе /(4ю:пкцТ) ~ 2.

J

Актуальность работы. Неидеальная плазма представляет собой объект исследований, вызывающий большой интерес как с точки зрения фундаментальной науки, поскольку наиболее распространенное состояние вещества во Вселенной - это состояние с сильным межчастичным взаимодействием, так и с точки зрения практического использования в перспективных энергетических проектах и устройствах, таких как инерционный термоядерный синтез, МГД-генераторы, генераторы сжатых потоков, новые технологии обработки материалов и т.д. [1]. В настоящий момент строгое теоретическое описание поведения вещества с сильным мсжчастичным взаимодействием затруднено, с одной стороны, в связи с невозможностью использования идеологии теории возмущений в квантовомеханической задаче многих тел из-за отсутствия малого параметра в такой неупорядоченной системе с электронной статистикой, промежуточной между статистиками Больцмана и Ферми, с другой, - ограниченными возможностями прямого численного моделирования таких систем.

В этой ситуации результаты физических экспериментальных исследований приобретают особую ценность, и! рая роль критерия для определения точности и области применимости «упрощенных» теоретических моделей или используемые для выбора численных параметров функциональных зависимостей, описывающих поведение вещества в условиях сильного взаимодействия частиц и созданных на основе строгих асимптотических решений, справедливых для анализа слабонеидеальных состояний.

В числе способов экспериментального изучения свойств электронной подсистемы среды методы, основанные на вшимодсйствии вещества с электромашигным излучением, являются одними из важнейших. Изучение отклика среды на воздействие зондирующим электромагнитным излучением умеренной интенсивности позволяет получить информацию о транспортных свойствах плазмы, что имеет большое значение для понимания фундаментальных процессов в этой среде и, прежде всего, процессов столкновительных, а также получить данные о макроскопических характеристиках исследуемой плазмы.

Целью работы являлась ра¡работка меюдики 1енерации динамических плазменных образований, находящихся в состоянии сильной неидеальности, пространственно-временные параметры которых соответствуют специфическим требованиям задачи исследования их отражательных характеристик, а также методики неискажающей диагностики подобных объектов направленным излучением оптического диапазона. Разработка указанных методик осуществлялась для выполнения основной задачи диссертационной работы - исследования отражательных свойств сильно-неидеальной плазмы инертных газов при варьировании частоты зондирующего излучения и термодинамических параметров ударно-сжатого плазменного образования в широком диапазоне с целью получения информации о свойствах электронной подсистемы плотной плазмы и экспериментальной проверки существующих теорешческих моделей, описывающих повеление вещества, находящег ося в состоянии с сильным взаимодействием частиц.

РОС. НАЦИОНАЛЬНА БИБЛИОТЕКА С.Пе.-ервург<? .г,

09 щ иР/у ,

Научная новизна работы состоит в том, что впервые:

1. Создана методика получения в лабораторных условиях ударно-сжатой плазмы с параметром кулоновской неидеальности до Г~2 2. Методика обеспечивает хорошую воспроизводимость термодинамических и пространственно-временных параметров плазменного образования, а также высокую степень его однородности и одномерности плотности, что крайне важно для выполнения качественной диагностики.

2. Создана методика неискажающей импульсной диагностики динамических плазменных объектов с применением лазерного излучения, позволяющая исследовать отража[ельные свойства ударно-сжатой плазмы при изменении частоты зондирующего поля в широком диапазоне.

3. Исследованы отражательные свойства сильно-неидеальной плазмы инертных I азов с использованием зондирующего излучения, перестраиваемого в широком диапазоне длин волн при варьировании электронной концентрации среды в пределах пе- 10'2> ч!0'32 см . Получен массив коэффициентов отражения для спектрального интервала Х1т11) 532ч 1064 им

4. Обнаружены характерные особенности отражательных свойств сильно-неидеальной плазмы:

- отсутствие резкого перехода из слабоотражающего состояния в состояние с высоким ко >ффициентом отражения в окрестности критической электронной концентрации;

- наличие сильной («металлической») отражающей способности плазмы при концентрациях электронов, превышающих критическую плотность, что в условиях эксперимента означает высокопроводящее состояние плазменного образования.

Анализ формы экспериментальной зависимости коэффициента отражения плазмы от электронной концентрации позволил сделать оценку частоты межчастичных столкновений плазмы.

5. Обнаружена сильная зависимость отражательных характеристик сильно-неидеальной плазмы от частоты зондирующего поля.

6. На основе численного решения уравнения распространения электромагнитной

„ волны в среде с использованием существующих моделей проводимости проанализировано влияние переходного слоя плазмы на ее отражательные свойства. Показано, что для получения согласия с экспериментальными данными в случае использования равновесной модели для описания состояния неидеальной плазмы без привлечения дополнительных механизмов диссипации энергии необходимо допустить существование переходного слоя, имеющего протяженность порядка ~6 10 7 м.

Научная и практическая ценность работы. В результате проведенных исследований отражательной способности ударно-сжатых плазменных образований получен массив коэффициентов отражения сильно-неидеальной плазмы для зондирующего излучения в интервале длин волн Х1ОН1)^532ч1064 им при вариации в широких пределах термодинамических параметров плазмы. Новые данные применены для корректировки существующих моделей высокочастотной проводимости плазмы и могут быть использованы в расчетах теплофизических свойств сред, находящихся в условиях сильного межчастичного взаимодействия.

Результаты, выносимые на защиту

1. Методика получения в лабораторных условиях ударно-сжатой плазмы инертных газов с параметром кулоновской неидеальности до Г~2 2 и пространственно-временными характеристиками, соответствующими требованиям задачи исследования отражательных свойств динамических объектов.

2. Методика неискажающей импульсной диагностики короткоживущих плазменных объектов с применением зондирующего лазерного излучения, перестраиваемого в широком диапазоне частот, позволяющая исследовать отражательные свойства ударно-сжатой плазмы.

3. Результаты исследования отражательных свойств ударно-сжатой плазмы инертных газов при варьировании длины волны зондирующего поля в диапазоне 1ю„а=532ч1064 им и электронной концентрации среды в пределах пе= ¡0'21чЮ*22см 3.

4 Результаты анализа влияния переходного слоя плазмы на ее отражательные свойства.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлены на научно-координационных сессиях «Исследования неидеальной плазмы» (Президиум РАН, Москва, 1998, 2002-2005 гг.) и на международных конференциях «Strongly Coupled Coulomb Systems» (Москва, 2005 г.), «Уравнения состояния вещества» (п. Эльбрус, Кабардино-Балкарская республика. 2002-2006 гг.)

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликована 21 печатная работа, включая статьи и тезисы докладов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, содержит 117 страниц, включая 5 таблиц, 29 рисунков и 86 наименований цитируемой литературы.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновываются актуальность и научная новизна выполненного исследования. а также практическая значимость проблем, решаемых в рамках данной работы. Сформулированы цели и задачи исследований, указаны отличия использованных методических подходов от известных в литературе. Представлены сведения о структуре и объеме диссертации.

Первая глава содержит описание методов диагностики, развитых для исследования идеальной плазмы, а также приводится обзор работ по исследованию плотной плазмы направленным электромагнитным излучением оптического диапазона

Развитие физики плазмы, наиболее интенсивно протекающее со второй половины прошлого столетия, сопровождалось совершенствованием способов диагностики плазменных объектов, среди которых методы исследования, основанные на вмимо-действии плазмы с электромагнитными волнами, являются важнейшими. В начале 60-х годов прошло! о столетия появляется большое количество работ по методам зондирования плазмы в связи с исследованиями по программе управляемого термоядерного

синтеза. В этот период времени наибольшее развитие получили приемы исследования плазмы с помощью направленных волн в пространстве, свободном от высокочастотных устройств - методы «свободного пространства».

Анализ пространственно-амплитудно-фазовых параметров излучения отклика плазмы на воздействие электромагнитной волной позволяет, вообще говоря, получить разнообразную информацию об электронной компоненте плазмы: о концентрации и средней энергии электронов, частоте их столкновения с другими частицами и т д Особый интерес представляет случай, когда частота зондирующей электромагнитной волны близка к ленгмюровской частоте плазменного объекта и измерение параметров рассеянного плазмой излучения выполняется в направлении, соответствующем углу зеркального отражения зондирующей волны. Если размеры плазмы значительно превышают длину волны излучения, то всюду, кроме отражающей области применимо приближение геометрической оптики, и интерпретацию экспериментальных данных можно проводить с помощью сравнительно простых формул, полученных из рассмотрения процесса распространения электромагнитного возмущения в среде на основе уравнений макроскопической электродинамики. При этом модель для функции диэлектрической проницаемости среды в случае превышения средней кинетической энергии частиц, энергии межчастичного взаимодействия может быть получена в рамках теории идеальной плазмы, высокая степень проработанности которой - залог надежности вычислений по указанной схеме.

При выполнении условия малости значения частоты столкновений частиц в плазме по сравнению с частотой зондирующей волны возможно точное определение плотности электронов сравнительно простыми средствами - по эффекту отсечки зондирующего излучения' варьирование частоты возмущающего поля позволяет определить ленгмюровскую частоту по резкому возрастанию интенсивности отраженной волны при совпадении этих частот и, следовательно, вычислить концентрацию носителей заряда, используя формулу

где (о - частота возмущающего поля.

На рис. ! представлены расчетные зависимости коэффициента отражения (по мощности) плазмы от безразмерной электронной плотности. Вычисление коэффициента отражения выполнено в предположении наличия резкой границы плазма - свободное пространство. В этом случае определение коэффициента отражения среды можно выполнить с использованием формулы Френеля [4]

где £'(а>) - комплексная диэлектрическая проницаемость среды, V - частота столкновений частиц среды, со0 - плазменная (ленгмюровская) частота. В формуле (3) для комплексной диэлектрической проницаемости использовано обоб-

5Н =

у}Е'(СО) - I +1

(2)

(3)

щенное соотношение Друде, связывающее высокочастотную проводимость среды с частотой межчастичных столкновений [12]

(7(1-о) =

(4).

Я

На рис. 1 хорошо видно, что в среде с малым значением частоты столкновений частиц (по сравнению со значением частоты возмущающего поля) увеличение концентрации электронов приводит к резкому росту коэффициента отражения плазмы в области критического значения плотности носителей заряда. При концентрациях электронов плазмы, превышающих критическую плотность, коэффициент отражения

практически равен 1 и информацию об электронных свойствах плазмы можно получить по ! относительной фазе отражен-

ной волны Анализ вида функциональной зависимости коэффициента отражения среды от электронной плотности позволяет сделать оценку важнейшего параметра плазмы - частоты столкновений частиц среды.

Применение результатов теории идеальной плазмы к плазменным объектам с высокой плотностью носителей заряда и, особенно, в случае, когда значение параметра куло-новской неидеальности превосходит величину Г~0.2, приводит к значительным расхождениям с экспериментальными данными. Одной из основных причин этих расхождений является то обстоятельство, что выводы теории идеальной плазмы получены в предположении о наличии большого числа частиц в сфере дебаев-ского экранирования и слабости межчастичных столкновений с рассеянием на малые углы, в то время как, в неидеальной плазме жранирование происходит на расстояниях, сравнимых со средним межчастичным расстоянием (т.е дебаевская сфера формально содержит менее одной частицы - десятые доли) и взаимодействие частиц имеет характер короткодействующего с рассеянием на большие углы [8] Таким образом, построение физических моделей неидеальной плазмы, адекватно описывающих поведения среды в этих условиях, возможно только при корректном учете столкновитель-ных процессов и, именно поэтому, исследования этих процессов в плотной плазме являются особенно актуальными.

Для понимания столкновительных процессов в плотной плазме важное значение имеет изучение транспортных свойств такой средьг высокочастотной электрической проводимости и, связанных с ней, отражательных свойств плазмы. В 80-тые годы прошлого столетия появляются методики исследования транспортных свойств

Рис. 1. Коэффициент отражения плазмы в зависимости от безразмерной электронной концентрации для разных значений частоты межчастичных столкновений

плотной плазмы, основанные на использовании мощных лазеров с импульсом излучения наносекундной длительности и выходной мощностью — 1014 Вт. Типичная схема исследования сводилась к следующему: облучение металлической мишени мощным лазерным импульсом привадило к появлению ударной волны в образце. При >том выход на поверхность раздела металл-вакуум фронта ударной волны приводил к расширению образовавшейся плазмы и последовательному переходу ее через требуемые состояния. Для диагностики плазменного образования использовался второй, синхронно работающий лазер, позволяющий измерять коэффициент отражения. Процесс анализировался с использованием одномерного гидродинамического кода и моделей высокочастотной проводимости плазмы В ходе исследований, проводимых по указанной схеме, обнаружилось, что воздействие нано- и пико-секундных импульсов на плазму сопровождается эффектом свеюиндуцированной неустойчивости последней, что, в конечном счете, приводит к появлению больших градиентов плотности плазмы и значительно осложняет интерпретацию результатов эксперимента.

Дальнейший прогресс этого направления исследований плотной плазмы связан с появлением мощных фемтосекундных лазерных систем, применение которых снизило остроту проблемы, обозначенной выше К настоящему моменту известен ряд работ, в которых исследуется приповерхностная плазма, созданная облучением твердотельной мишени лазерными импульсами длительностью тим||~10"'3с и интенсивностью !014-1017 Вт/см2. В результате воздействия на мишень лазерного излучения с такими параметрами образуется тонкий слой (1. -10'Е) приповерхностной плазмы твердотельной плотности с температурой электронов Тс~10 -103 эВ и «холодными» ионами. Результаты диагностики анализируются в приближении одномерной одножидкостной двух-температурной гидродинамики и на основе решений уравнений электродинамики на границе плазма-вакуум для интерпретации полученных коэффициентов отражения среды.

Получение высоких значений параметра неидеальности исследуемой среды может быть достигнуто путем ударно-волнового сжатия образцов с применением взрывных устройств. Отсутствие сильных электромагнитных полей в процессе создания плазменного образования, приводящих к развитию неустойчивостей газодинамического течения, является сильной стороной данного способа генерации плазменных состояний. С 70-х годов прошлого столетия появляются работы, в которых взрывная методика с использованием мощных конденсированных взрывчатых веществ применяется для изучения физических свойств ударно-сжатых сред В ряде работ выполнено исследование термодинамических и электрофизических свойств слабонеидеальной плазмы. Применение инертных газов в качестве исходной среды для создания требуемых плазменных состояний экстремальных термодинамических параметров представляется особенно привлекательным в силу эффективности разогрева их во фронте ударной волны благодаря отсутствию затрат на диссоциацию и большому молекулярному весу. Кроме того, отсутствие сложных молекулярных и ионно-молекулярных образований в среде облегчает интерпретацию результатов экспериментов по ударно-волновому сжатию инертных газов.

В заключение необходимо отметить, что число работ, в которых исследуются транспортные свойства плазмы с высокими значениями параметра кулоновской неидеальности, не велико Это обстоятельство делает изучение отражательных свойств плазмы с сильным межчастичным взаимодействием весьма актуальным.

Во второй главе описываются созданные методики генерации и исследования отражательных свойств динамических сильно-неидеальных плазменных образований.

Целями измерения коэффициента отражения плотной плазмы служили разработка и реализация методики создания плазменного образования, необходимых термодинамических параметров и имеющего пространственные характеристики, удовлетворяющие специфическим требованиям задачи исследования отражательных свойств динамического объекта. Для получения однородного, имеющего достаточную протяженность вдоль направления зондирования плазменного образования, был использован гидродинамический метод создания сильных ударных волн путем соударении металлического диска (ударника), разогнанного до гиперзвуковой скорости, и мишени (газовой кюветы) с последующими необратимым разогревом и столкновительной ионизацией инертного газа во фронте ударной волны, вошедшей в газовый объем.

Надлежащий выбор геометрических параметров и материала ударника, базы разгона, а также материала и конструкции газовой кюветы позволил в режиме плоского однократного сжатия получать динамические плазменные образования хорошей повторяемости и имеющие приемлемую плоскостность. Варьирование плотности и электронной концентрации плазмы достигалось изменением начального давления газа, значения которого составляли 1 -г-5.7 МПа.

К достоинствам данного способа вложения энергии в исследуемую среду следует отнести отсутствие сильных электромагнитных полей, которые могут вызывать неконтролируемые изменения исходного состояния исследуемого объекта и развитие неустойчивости газодинамического течения. Описанный режим генерации плазмы позволяет вычислять термодинамические параметры ударно-сжатых состояний с использованием соответствующих законов сохранения в простом алгебраическом виде уравнений Гюгонио, а также выполнять расчет равновесных свойств плазмы с достаточной степенью надежности методами статистической физики.

На рис. 2 показан взрывной генератор прямоугольных ударных волн с установленной газовой кюветой (для наглядности часть стенки кюветы удалена). Кювета имеет систему термостатирования и измерения начального давления газа, а также систему электроионизационных и оптических датчиков положения для измерения скорости движения ударника. Равновесные свойства ударно-сжатой плазмы были определены из соответствующих расчетов, учитывающих уравнения состояния мате-

Рнс. 2. Генератор прямоугольных импульсов давления. 1- детонатор, 2- детонационная линза. 3 - основной объем ВВ, 4 - разгоняемый ударник. 5 - газовая кювета, 6 - асферическая линза.

риала ударника, кюветы, ксенона, а также кулоновское взаимодействие частиц плазмы - в соответствии с кольцевым лебаевским приближением в большом каноническом ансамбле и отталкивание тяжелых частиц на малых расстояниях - в приближении модели мягких сфер [2] Расчеты состава получаемой плазмы выполнены В К Гряз-новым

Описанная методика генерации ударно-сжатой плазмы позволяла варьировать равновесные термодинамические параметры плазменного образования в пределах, укашнных в таблице 1

Таблица 1 Диапазон равновесных параметров исследуемой плазмы

Концешрация электронов см ' 1.0-10+2'...9.4 10+21

Плотность плашы р, I/CM' 0.3 -5- 3.8

Давление Р, 1 IIa 0.9 н- 20

Температура плазмы 1, К 2.9-104-3.3-104

Параметр неидеальности I 0.7-3

Степень вырождения 0 1.6-7

Для контроля пространственно-временных параметров плазменного образования выполнялась запись оптического изображения ударной волны в ксеноне с помощью быстродействующей PCO камеры На рис 3 показан исходный вид газовой кюветы Хорошо виден толстостенный кварцевый цилиндр диаметром 50 мм и высотой 30 мм, наполненный инертным гаюм Оптическая ось камеры составляла угол 90 градусов с направлением распространения ударной волны На рис 4 представлен типичный снимок течения в гаювой ячейке. В системе координат снимка движение ударной волны происходит слева направо Скорость ударной волны в газе ~5 км/с. Запись кадра выполнена через 600 пс после входа ударной волны в газовый объем. Экспозиция - 4 не На снимке также видна отраженная ударная волна в воздухе Для диагностики плазмы использовалась область на фронте ударной волны диаметром D ~ 1 мм

Анализ серии снимков течения в газовой кювете позволяет сделать вывод о хорошей одномерности плошосги, однородности и воспроизводимости плазменного объекта, что имеет принципиальное значение для достижения требуемой точности измерения ко»ффициента отражения ударно-сжатой плазмы

Задача исследования отражательных свойств динамических короткоживущих плазменных объектов, имеющих экстремальные термодинамические параметры- электронную концентрацию до пе - К)22 с м \ плотность плазмы до р ~ 3 8 г/с.м3 и параметр неидеалыюсти до Г-2, приводит к необходимости использования импульсного метода зондирования, что определяется, прежде всего, требованием надежной идентификации полезною сигнала на фоне мешающего излучения Интенсивное собственное тепловое излучение плотной плазмы (Тмашы ~ 3 31&К) предопределяет применение лазеров, как источников зондирующего излучения достаточной яркостной температуры. Кроме этого, малая расходимость излучения лазера в сочетании с применением асферической оптики позволяет относительно легко решить задачу формирования в области плазменной мишени зондирующего поля требуемых пространственных параметров.

Для исследования отражательных свойств ударно-сжатой сильно-неидеальной плазмы инертных газов была разработана и реализована методика моноимпульсной

Рис. 3. Исходный вил газовой кюветы

диагностики, обеспечивающая неискажаюшие измерения коэффициентов офажения движущейся 1ылмы на фоне ее собственною сильною теило-во1 о излучения Основу системы диагностики (рис 5) со-С[авляю1 АЬО, Сг'- (Х„„„, 694 им) и У,АЦ)|: N11' +[Ж[)Р (Л,,т„ 532 им и х„„„, 1064 им) лазерные блоки I енерация зондирующего излучения необходимых временных пара-мефов осущесгвляется в задающих каскадах с соответствующими активными цементами, которые работаюI в режиме О-модуляции. В резона-юры задающих каскадов введены электрооптические затворы 11оккельса. которые обеспечивают генерацию моноимпульса (длите плшегью ~2/0чс) и синхронизацию работы ла!ерной сисюмы с процессом соыания п шмен-ною обраювапия С целью достижения минимальной расходимости юндирующет излучения и устранения шачи-тельных вариаций распределения интенсивности поля зондирующего излучения в плоское! и взаимодействия с фронтом ударной волны реюнаторы лазеров оптимизированы для работы на низшей поперечной моде ТЕМпо- Кроме этого, для коррекции расходимости излучения применяется телескопический блок, построенный с использованием асферических элементов Преобразование инфракрасного излучения задающего каскада на У3А1^0|г:Ыс13+ в излучение зондирующего импульса с Я = 532 им осуществляется в генераторе второй гармоники, который имеет в качестве нелинейного элемента монокристалл ПКШ\ При этом необходимый уровень выходной мощности для канала с Л = 532 им обеспечивается применением дополнительного однопроходного усилителя на УзАКО^Ыс!1'.

Рис. 4. Снимок газодинамического течения в кювете Экспозиция -4 не.

19 19 18

23

24

Рнс. 5. Схема лазерной системы диагностики плотной плазмы

I - У1АиО|7'М"-задающий каскад. 2 - фотодетектор. 3 - управляющий компьютер. 4 - высокоскоростной блок управления, 5 - взрывной генератор, 6 - интерференционные фильтры, 7 -зеркало, 8 - диэлектрический делитель. 9 - асферическая линза. 10 - цифровой осциллограф,

II - газовая ячейка с термостатом. 12 - диафрагма, 13 - взрывная камера, 14 - линза, 15 -оптический усилительный каскад на УчА^О^: N<1 , 16 - монокристалл дидейтерофосфата калия ( [ЖПР ). 17 - четвертьволновый ¡атвор Поккельса, 18 - диэлектрические зеркала резонатора задающего каскада. 19 - телескоп сопряжения, 20 - параметрическое зеркало, 21 -детектор положения и скорости ударника, 22 - цифровой спектрометр, 23 - АIгО 1 Сг'-лачер, 24 - затвор Поккельса

Специфика диагностирования вещества в условиях ударно-волнового нагруже-ния заключается в необходимости работы с объектом, пространственные характеристики которого, а также параметры индикатрисы отражения зондирующего излучения испытывают случайные вариации. Перекосы фронта ударной волны (отклонения плоскости фронта в момент взаимодействия с зондирующим импульсом от положения, которое соответствует оптимальному сопряжению индикатрисы отражения плазмы с входной индикатрисой оптического блока приема отраженного излучения), создающей требуемые плазменные состояния и нарушения однородности и одномерности плотности ударно-сжатого образования могут приводить к существенному увеличению случайной ошибки измерения коэффициента отражения. С целью снижения чувствительности системы лазерной диагностики к указанным факторам был разработан оптический блок приема отраженного от плазмы излучения на основе данных, полученных в серии экспериментов, в которых был установлен диапазон вариаций пространственно-временных параметров плазменного образования, а также зафиксированы особенности углового распределения интенсивности отраженного от плазмы зондирующего излучения и определен калибровочный коэффициент, позволяющий

учесть наличие диффузной компоненты в отраженном от плазмы излучении. Ключевым элементом блока приема отраженного излучения является асферическая линза, имеющая таблично-заданную переднюю преломляющую поверхность, которая рассчитывалась так, чтобы осевая протяженность фокальной области была согласована с требуемой точностью синхронизации процессов генерации лазерного зондирующего импульса и образования плазмы, с одной стороны, и необходимостью получения приемлемого соотношения отраженный сигнал/фон, с другой. Для реализации максимальных апертурных углов и устранения мешающих отражений асферическая линза встроена непосредственно в газовую кювету.

Синхронность процесса генерации зондирующего импульса (с учетом времени распространения излучения до плазмы) и момента появления фронта ударной волны в фокальной плоскости приемного оптического блока обеспечивается системой датчиков, расположенных на газовой кювете и применением специального высокоскоростного блока, управляющего электрооптическими ячейками Поккельса в резонаторах лазеров. Использование описанной конфигурации системы синхронизации стенда диагностики позволило получить отклонение фронта ударной волны от оптимального положения в момент взаимодействия с импульсом лазера не более 0 3 мм, что соответствует асинхронности инициации указанных процессов не более ~ б-10~" с.

Регистрация отраженного от плазмы излучения осуществляется широкополосными фотоприемниками, имеющими большую входную апертуру. Для выделения соответствующих спектральных интервалов применяются интерференционные фильтры с полосой пропускания АЛ = 50А . Коэффициент отражения плазмы определяется с использованием сигналов фотоприемников, регистрирующих отраженное излучение и фотоприемников, фиксирующих зондирующий импульс. С целью уменьшения случайной ошибки измерения цифровые сигналы фотоприемников аппроксимируются специальными функциями, описывающими форму импульса. Общая калибровка многоканальной лазерной системы диагностики динамических коротко-живущих плазменных объектов выполняется с использованием статических и малоскоростных динамических объектов, имеющих как зеркальную, так и зеркально-диффузную индикатрису отражения.

Для выяснения степени влияния зондирующего излучения на отражательные характеристики плазмы была выполнена серия экспериментов, в которых регистрировался коэффициент отражения плазмы при варьировании мощности падающего на плазму излучения, а также фиксировался временной ход коэффициента отражения в течение действия зондирующего импульса. В пределах погрешности измерения наблюдалось постоянство значений коэффициентов отражения ударно-сжатой плазмы. Оценка распределения плотности мощности зондирующего излучения в плоскости взаимодействия электромагнитной волны с динамическим плазменным образованием показала, что оно не имеет значительных вариаций и 80 % энергии зондирующего импульса сосредоточено в зоне диаметром £> ~ / мм. При этом суммарная мощность зондирующего излучения на мишени составляет ~ 104 Вт.

С целью управления комплексом лазерной диагностики ударно-сжатой плазмы инертных газов и оптимизации процесса регистрации измеряемых физических величин была создана компьютерная система и разработано необходимое программное обеспечение, включающее набор соответствующих драйверов устройств, микрокодов периферийных микроконтроллеров и графический интерфейс пользователя. Необходимость наличия компьютерной системы была продиктована требованием оптимапь-

ешвввзя

«s4*aio TtHiii

finita 7«s4aai

TllOlID

TÍ14I11D

Рнс. 6. Виртуальные панели управления

ною и адаптивною управления мноточисленным оборудованием. задействованным в динамическом жспериметпе двумя импульсными лазерами с соответствующими блоками накачки активных >лемец|ов и управления >лектроошиче-скичи ¡атворами, приборами peí истрации изменения во времени о [раж ениою от плазмы и ¡лучения и ¡аписи ею динамических спекфов. блоком синхронизации

в ¡рывного ieneparopa улар-пых волн, системой таюна-пуска и термос 1атирования газовой кюветы, а также вспомо1а1ельным оборудованием Система управления tocioHi h¡ центральною компьютера. по ¡no тяющею ¡адавап, режимы работ периферийных устройств и отображающею текущее состояние системы диа1 ностики в целом, и интечлектуальиых периферии пых устроис! в

В качестве центральной )ВМ системы управления лазерной) стенда диагностики пла$мы используется персо-

нальный компьютер 1ипа IHM PC. оснащенный процессором Celeron 433 и работающий под управлением операционной системы MS DOS 6 22 Центральный процессор и периферийные микроконтроллеры объединены в командно-информационную сеть, распределение ресурсов и буфери<ацию потоков данных которой осуществляет специальный микроконтроллер-диспетчер. Диспетчер локальной сети связан с микроконтроллерами периферийных устройств посредством скоростного многоточечного интерфейса RS485, позволяющего подключать к сети достаточно большое число (минимум 32) ведомых устройств и использовать линии связи значительной длины. Дифференциальная передача сигнала в системах на основе RS-485 обеспечивает надежную передачу данных в присутствии шумов Для осуществления передачи информации между центральным процессором и периферией был разработан оригинальный протокол обмена, в котором обнаружение ошибок передачи выполняется методом избыточною циклического кода (Cyclic Redundancy Code - CRC).

Все основные блоки лазерно! о стенда диагностики уларно-сжатой плазмы имеют микроконтроллерную субсистему управления, посгроенную с использованием быстродействующих 8-разрядных К ^('-микроконтроллеров

Для обеспечения возможности взаимодействия центральной ')ВМ с периферийными устройствами системы диагностики была разработана управляющая программа Программа написана на языке С++ и имеет ассемблерные вставки для реализации «быстрых» функций Для удобства работы программа оснащена графическим интерфейсом пользователя Управление периферийными устройствами осуществляется с использованием концепции адаптивных виртуальных панелей. Пример панелей управления показан на рис. 6.

Работа стенда лазерной диагностики в режиме и ¡мерения коэффициента отражения динамическою плазменною образования происходит следующим образом После подачи команды «Старт» с выносною пульта запуска начинает работу программный модуль, обеспечивающий формирование быстрых однобитовых команд-импульсов с учетом необходимых временных задержек Далее запускаются блоки накачки активных элементов лазеров (каждый блок в свое время с учетом специфики работы лазеров). Через интервал времени, определяемый скоростью создания инверсии населен-ностей в активной среде лазеров и временем разгона металлического ударника до гиперзвуковой скорости, происходит инициирование взрывного генератора прямоугольных импульсов давления Задержки включения подобраны так, что к моменту приближения ударника к мишени в активных средах лазеров создается необходимый уровень инверсии населенностей, и лазеры готовы к генерации зондирующего импульса. Точный момент включения затворов Поккельса определяется по сигналам датчиков на газовой кювете с учетом временной коррекции высокоскоростного блока

Третья глава диссертации содержит основные результаты исследования отражательных свойств сильно-неидеальной плазмы инертных газов.

В данной работе плазма создавалась ударно-волновым методом за счет столкно-вительной ионизации атомов исследуемого газа во фронте волны, вошедшей в газовый объем Предварительный анализ пространственной структуры ионизирующей ударной волны позволяет сделать вывод о существовании трех характерных областей пространства, занимаемого плазменным образованием, которые могут оказывать влияние на процесс распространения зондирующей )лектромагнитной волны и, таким образом, влиять на значение коэффициента отражения плазмы На рис 7 представлено оценочное распределение электронной концентрации вдоль направления зондирования плазмы для условий эксперимента. Наличие сильно разогретого слоя плазмы (Г ~ ЗОО(ЮК) за фронтом ударной волны приводит к прогреву невозмущенного газа перед фронтом в зоне ¡1) Оценка максимальной температуры, до которой может про-

дит к выражению [3]

т <п =

= 1900°К , (5)

здесь О - скорость ударной волны,

ри - плотность невозмущенного газа.

Даже в случае полного поглощения теплового излучения зоны (II) и использования всей поглощенной энергии на ионизацию газа зоны {1} максимальная плотность

зондирующее излучение

электронов в этой области пространства не может превышать значение

аГ ' 0/

* 10"ск ' , (6)

Рнс. 7. Предполагаемая зависимость электронной плотности плазменного образования от расстояния вдоль направления зондирования.

где I - потенциал ионизации инертного газа.

Используя эту оценку максимальной плотности электронов в зоне {1} и соотношение Бибермана-Нормана для коэффициента поглощения в среде, имеем

*■ = 10 10сл/ 1 (7)

Полученное значение коэффициента поглощения, очевидно, слишком мало, чтобы слой {1} мог оказать заметное воздействие на процесс распространения зондирующего излучения. Таким образом, влиянием зоны {1)на процесс зондирования плазмы в условиях нашего исследования можно пренебречь.

Ширина зоны {11} определяется суммой ионизационно-релаксационных процессов, протекающих в этой области пространства.

(8)

где и - массовая скорость, г,, - характерное время 1-) процесса.

В ^условиях нашего исследования характерное время ион-ионной и электрон-ионной релаксаций не превышает следующих значений [3,5]

2.5-10 2АТ> ,.„

г =-г-= 10 сек

N2 1п Л

(9)

А-Т-8.8-10 -г'ЛМпЛ

а 10 "сек

(10)

где 1пЛ- кулоновский логарифм.

Протяженность зоны {И} зависит от скорости ионизации инертного газа, основной механизм которой сводится к электронному удару. Начальная электронная плотность возникает как следствие атом-атомных столкновений - процесса относительно медленного. Оценим эти времена. Экстраполяция данных [3,5] в область высоких плотностей дает оценку

г„*Ю|0сек (11)

При достижении степени ионизации ~/0'5 10 3 «включается» механизм ионизации электронным ударом, характерное время которого

14

г,=---—«10 -сек (12)

Na v (—+ 2)е"-

" 1 'kl

Приведенные выше оценки дают окончательное значение протяженности переходного слоя плазменного образования

d* 10

(13)

Таким образом, использование экстраполяции положений теории идеальной плазмы в область высоких плотностей носителей заряда позволяет получить оценку (13) ширины переходного слоя плазменного образования, которая делает возможным использование формул Френеля для вычисления коэффициента отражения плазмы.

Изучение отражательных свойств ударно-сжатой плазмы инертных газов было выполнено с использованием зондирующего излучения с энергией фотона F,ph= I 17 ev /Я„„„, = 1064 нм. критическая электронная концентрация nte= 1 010'21 см'3), £.,/,= 1 79 ev ,,„ö=694 ни, nie=2 310"2' си'3) и ЕрН=2 33 ev (Л „„„, = 532 нм, псе=3 910*2' см3). В результате проведенных исследований получен массив коэффициентов отражения плотной плазмы, соответствующий изменению ее электронной концентрации в диапазоне и,, -11-9 110" си'3 (со/а>1=0 65-3 1, здесь сор- (nt,e2/£„mj'2 - плазменная частота и о)/ - частота зондирующего излучения)

Измерение коэффициентов отражения сильно-неидеальной плазмы выполнено при вариации ее плотности в пределах р ~ 0 27 - 3 84 г/см3, давлениях Р ~093 + 167 ГПа и температурах до Т ~ 3 3 1 04К Параметр кулоновской неидеальности изменялся в пределах I - ~ 0 87-2. При этом фактор вырождения оставался в

пределах &-kBT/Ef. ~7 1+1 6 (£,. - энергия Ферми).

Таблица 2. klnHÖ = 1064 нм

Р, ГПа т, К р, r-CM"J ГЦ, , см -3 па, см аюп Г 0

1.6 0.096 30050 0.51 1.8x1021 6.1х Ю20 0.75 1.1 4.8

3.1 0.12 29570 0.97 3.2х1021 1.4хЮ2' 0.70 1.3 3.2

5.1 0.18 30260 1.46 4.5х1021 2.2x1021 0.67 1.5 2.6

7.3 0.26 29810 1.98 5.7х1021 3.5х1021 0.62 1.6 2.2

10.5 0.36 29250 2.70 7.1х1021 5.4x1021 0.57 1.8 1.9

16.7 0.47 28810 3 84 9.1х1021 8.6x1021 0.51 2.0 1.6 1

Таблица 3. А1МГ) = 694 нм

Р, ГПа Т, К р, г-см"'( п,., CM"j па, см*3 аюп Г 0 I

0 93 0.02 32070 0.27 1 1 х 1021 2 1x1020 0.78 0.87 7.1

1.9 0.05 32900 0.53 2.1х Ю21 4.8x1020 0.72 1.0 4.8

4.1 0.11 33100 1.1 4.0x1021 1.3хЮ2' 0.69 1.3 3.2

6.1 0.14 33120 1.6 5.2x1021 2.1х1021 0.64 1.4 2.6

9.1 0.18 32090 2.2 б.бхЮ21 З.бхЮ21 0.60 1.6 2.1

12.0 0.26 32020 2.8 7.8х1021 5.0x1021 0.56 1.7 1.9

16.0 0.40 31040 3.4 8.8х1021 7.3x1021 0.54 1.8 1.7

Р, ГПа Т,К р, г ем 1 п,, см па, см"3 <*,„„ Г 0

4.1 0.02 33100 1.1 4.0x102' 1.3x1021 0.69 1.3 3.2

6.1 0.045 33120 1.6 5.2х 1021 2.1х 1021 0.64 1.4 2.6

9.1 0.10 32090 2.2 6.6x1021 3.6x1021 0.60 1.6 2.1

12.0 0.16 32020 28 7.8x1021 5.0х1021 0.56 1.7 1.9

В таблицах 2, 3 и 4 представлен массив коэффициентов отражения сильно-неидеальной невырожденной частично ионизованной плазмы для трех значений длины волны зондирующего излучения Здесь же указаны соответствующие термодинамические параметры и данные о составе плазмы, полученные из расчетов по модели, описанной выше.

Коэффициенты отражения ударно-сжатой плазмы, полученные в ходе динамических измерений, представлены на рис 8 в зависимости от электронной концентрации. Здесь также отмечены критические электронные плотности, соответствующие трем

длинам волн зондирующего излучения (вертикальные линии). Приведенный график хорошо иллюстрирует основные обнаруженные особенности изменения отражательной способности сильно-неидеальной плазмы при варьировании концентрации электронов: отсутствие резкого перехода из слабо-отражающего состояния в состояние с высоким коэффициентом отражения в окрестности критической электронной концентрации и наличие высокой («металлической») отражающей способности плазмы при концентрациях электронов, превышающих критическую плотность, что в условиях эксперимента означает высокопроводящее состояние плазменного образования.

Кроме »того, на рис. 8 показан ряд расчетных зависимостей коэффициента отражения плазмы от электронной концентрации, полученных в предположении отсутствия влияния переходного слоя ударно-сжатого плазменного образования на процесс распространения зондирующей волны

- графики 1, 4 и 6 - расчет с использованием формул Френеля-Друде (см стр 4) для фиксированною значения частоты межчастичных столкновений, равного частоте зондирующего поля сошт, и длин волн зондирования Л,,„„, = 1064 им Лиша = 694 ни и Ашж,~=532 нм соответственно;

- графики 2 и 3 - расчет с использованием данных [7] по статической электропроводности ударно-сжатою ксенона для ХЮН1, = 1()64 ни. Для расчета зависимости 3 использовалось интегральное соотношение [6], более корректно описывающее высокочастотную проводимость среды в случае сильной зависимости частоты столкнове-

0 1 2 3 4 5 6 1 8 9101!

0 6 т—- , - г г 0 6

01 23456789 10 11

п/10'1 см'

Рис. 8 Зависимость коэффициента отражения сильно-неидеальной плазмы ксенона от >лект-ронной концентрации

нии электронов от их скорости

пе(г)10"21

'V + 110

-е "с/и

* I/

(14)

■ с!и

г, мкм

Рис. 9. Распределение электронной концентрации при использовании двух линейных участков.

пе(г) 10

- график 5 - расчет, в котором учтена зависимость частоты межчастичных столкновений от электронной плотности в форме ^(оР1 для А,„,„, ~ 1064 им [10]

Хорошо видно значительное расхождение расчетных величин, полученных с использованием этих простых моделей, и экспериментальных данных.

Анализ всей совокупности экспериментальных данных для коэффициента отражения плотной плазмы, полученных в опытах ударно-волновой генерации сильно-неидеальных состояний, позволяет установить наличие значительной частотной зависимости отражательных свойств ударно-сжатой плазмы, что может быть связано с влиянием переходного слоя плазменного образования, сопряженного с фронтом ударной волны.

В процессе взаимодействия зондирующего излучения с плазменным образованием как падающие на плазму, так и отраженные от нее электромагнитные волны распространяются, по крайней мере, в части пространства, занимаемого переходным слоем. При этом длина пути, проходимого зондирующим излучением в этом слое, зависит от частоты излучения. Крутизна нарастания электронной концентрации с расстоянием (вдоль направления зондирования) в переходном слое определяется суммой релаксационно-ионизационных процессов, оценка характерного суммарного времени которых представляет непростую задачу для физических условий (высокие электронные плотно-

ъ. мкм

Рис. 10. Распределение электронной концентрации при использовании функции Ричардса.

сти) эксперимента. По этой причине оценочное вычисление ширины фронта ударной волны, сделанное выше, имеет приблизительный характер.

Для изучения влияния переходного слоя fia процесс распространения зондирующей волны выполнено математическое моделирование этого процесса на основе численного решения волнового уравнения для одномерного распределения электронной плотности.

^ + 4гф,:)£(:) = 0, (15) dz

где E(z) - комплексная амплитуда поперечной составляющей напряженности электрического поля волны, e(to,z)- комплексная диэлектрическая проницаемость исследуемой среды, z - безразмерная длина.

В ходе решения уравнения (15) для вычисления значений ком-Рис. 11. Расчетные зависимости коэффициента плексной диэлектрической прони-отражения ударно-сжатой плазмы ксенона от цаемости среды применялась интерэлектронной концентрации, полученные в модели. „оляционная формула [13] для про-

которая учитывает влияние переходного слоя ,

к 3 ' водимости среды, а функциональная

зависимость для распределения электронной концентрации в переходном слое ударно-сжатого плазменного образования задавалась как в виде комбинации двух линейных функций, так и с использованием функции Ричардса. Параметры этих функциональных зависимостей варьировались так, чтобы получить согласие с экспериментальными данными На рис. 9 и 10 показаны распределения электронной плотности в переходном слое плазмы, позволяющие описать весь набор экспериментальных данных. На рис 11 представлены результаты расчетов с использованием функции Ричардса. Характерная протяженность переходного слоя, полученная в этих расчетах, составляет ~610"7 м для функции Ричардса,и -1.2-10'6 м для комбинации линейных функций.

3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

На основании материала, изложенного в диссертации, можно сделать следующие основные выводы:

I. Разработанные методики генерации ударно-сжатых плазменных состояний и измерения коэффициентов отражения динамических короткоживущих объектов позволили исследовать отражающие свойства сильно-неидеальной плазмы в широком диапазоне изменения термодинамических параметров (максимальное значение параметра неидеальности Г=(4ю1е/3)1 }е2/(4ж.Г)квТ) ~ 2) и широком спектральном интервале оптического диапазона при изменении электронной концентрации в пределах пе=10*21ч10'22см~3.

0 1 2 3 4 5

7 8 9 10 11

0 1 2 3 4 5 6 7 Л 40* СМ 3

в 10 11

2. Получен массив коэффициентов отражения сильно-неидеальной плазмы для спектрального интервала 532-1064 нм.

3. Обнаружены особенности отражательной способности сильно-неидеапьной плазмы:

отсутствие резкого перехода из слабоотражающего состояния в состояние с высоким коэффициентом отражения в окрестности критической электронной концентрации;

наличие высокой («металлической») отражающей способности плазмы при концентрациях электронов, превышающих критическую плотность, что в условиях эксперимента означает высокопроводящее состояние плазменного образования. На основе анализа вида функциональной зависимости коэффициента отражения плазмы от плотности электронов сделана оценка частоты межчастичных столкновений.

4. Обнаружена сильная зависимость отражательных свойств плазмы от частоты зондирующего поля.

5. На основе численного решения уравнения распространения Электромагнитной волны в среде с использованием существующих моделей проводимости проанализировано влияние переходного слоя плазмы на ее отражательные свойства. Показано, что для получения согласия с экспериментальными данными в случае использования равновесной модели для описания состояния неидеальной плазмы без привлечения дополнительных механизмов диссипации энергии необходимо допустить существование переходного слоя, имеющего протяженность порядка ~610'7 м.

Цитированная литература

[1] Фортов В.Е., Якубов И.Т. Неидеальная плазма. - М: Энергоатомиздат,

1994 -368 с.

[2] V. Е. Fortov, V. К. Gryaznov, V. В. Mintsev, V. Ya. Ternovoi, I. L. losilevski,

M. V. Zhernokletov, M. A. Mochalov. Thermophysical Properties of Shock Compressed Argon and Xenon // Contrib. Plasma Phys. 2001. V. 41. N. 2-3. P. 215-218.

Я. Б. Зельдович, Ю. II. Райзер. Физика ударных волн и высокотемператур-

[3] ных гидродинамических явлений. - М.: Наука. 1966. 687 с.

Борн М., Вольф Э. Основы оптики. - М.: Наука. 1973. 720 с.

[4] Климонтович Ю. Л. Кинетическая теория неидеального газа и неидеальной

[5] плазмы. - М.: Наука, 1975. - 352 с.

Гинзбург В. Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Нау-

[6] ка. 1967.-681с.

Минцев В. Б., Фортов В. Е. ЖЭТФ. 1979. Т. 30. Вып. 7. С. 401-407.

[7] Зеленер Б. В., Норман Г. 3., Филинов В. С. Парные корреляционные функ-

[8] ции в псевдопотенциальной модели неидеальной плазмы // ТВТ. 1974. Т. 12.

№2. С. 267-272.

Валуев А. А., Каклюгин А. С., Норман Г. Э. Плазменные волны в неидеаль-

[9] ной плазме // ЖЭТФ. 1998. Т. 114. В. 3. С. 880-896.

Berkovsky М. A., Kurilenkov Yu. К. and Milchberg Н. М. Skin effect and reflec-

[10] tivity in strongly coupled plasma// Phys. of Fluids B. 1992. V. 4. P. 2423-2432.

Berkovsky M. A. and Kurilenkov Yu. K. Electron dynamic correlations in

[11] strongly coupled plasmas: beyond the Born approximation // Physica A. 1993. V. 197. P. 676.

Reinholz H., Redmer R., Rupke G., Wierling A. Long-wavelength limit of the

[12] dynamical local-field factor and dynamical conductivity of a two-component plasma // Phys. Rev. E. 2000. V. 62. P. 5648-5667.

Esser A., Redmer R., Rupke G. Interpolation formula for the electrical conduc-ПЗ] tivity of nonideal plasmas // Contrib. Plasma Phys. 2003. V. 43. P. 33-41.

Основные публикации автора no теме диссертации

1. V. В. Mintsev, Yu. В. Zaporoghets. Reflectivity of Dense Plasma // Contrib. Plasma Phys. 1989. V. 29. 4/5. P. 493-501.

2. Запорожец Ю. Б., Минцев В. Б., Грязное В. К., Фортов В. Е. Коэффициент отражения плотной плазмы ксенона в красной области спектра (694нм) // В сб. «Физика экстремальных состояний вещества - 2002». Изд-во ИПХФ РАН, Черноголовка. 2002. с.188-190.

3. Yu. Zaporoghets, V. Mintsev, V. Gryaznov, V. Fortov. Reflectivity of Dense Xenon Plasma at the Wavelength X = 694 nm // GSI Scientific Report 2002. P. 16.

4. H. Reinholz, Yu. Zaporoghets, V. Mintsev, V. Fortov, I. Morozov, G. Rupke. Frequency-dependent reflectivity of shock-compressed xenon plasmas // Phys. Rev. E. 2003. V. 68. P. 036403.

5. H. Reinholz, G. Rupke, I Morozov, V. Mintsev, Yu. Zaporoghets, V. Fortov, A.Wierling. Density profile in shock wave fronts of partially ionized xenon plasmas // J. Phys. A. 2003. V. 36. P. 5991-5997.

6. V.B. Mintsev, N.S. Shilkin, Yu.B. Zaporoghets, S.V. Dudin, V.K. Gryaznov, V.E. Fortov Measurements of Hall, DC and HF conductivity of nonideal plasma // Contrib. Plasma Phys. 2003. V. 43. P. 326-329.

7. Запорожец Ю. Б., Минцев В. Б, Грязное В. К., Фортов В. Е., Рейнгольц X , Репке Г. Отражательные свойства плотной плазмы ксенона в длинноволновой области оптического спектра II В сб. «Физика экстремальных состояний вещества - 2004» Изд-во ИПХФ РАН, Черноголовка. 2004. с.140-142

8. Yu. Zaporoghets, V. Mintsev, V. Gryaznov, V. Fortov, H. Reinholz, T. Raitza and G. Rupke. Reflectivity of nonideal plasmas // J. Phys. A: Math. Gen. accepted (2006)

T. Raitza, H. Reinholz, G. Rupke, V. Mintsev, Yu. Zaporoghets, A.Wierling. Re-

9. flectivity in shock wave fronts of Xenon. // J Phys. A: Math. Gen. accepted (2006). Запорожец Ю. Б., Минцев В. Б., Грязное В. К., Фортов В. Е., Рейнгольц X, Репке Г. Отражательная способность ударно-сжатой плазмы ксенона. // В сб

10. «Физика экстремальных состояний вещества - 2006».-Изд-во ИПХФ РАН, Черноголовка. 2006. с. 136-139.

Запорожец Ю. Б., Минцев В. Б., Грязное В. К., Фортов В. Е., Рейнгольц X., Репке Г. Отражательные свойства плотной плазмы ксенона в длинноволно-

11. вой области оптического спектра // Тезисы XX Международной конференции «Уравнения состояния вещества», Эльбрус, 2004, с. 101.

Запорожец Ю. Б., Минцев В. Б., Грязное В. К., Фортов В. Е., Рейнгольц X., Репке Г Отражательная способность ударно-сжатой плазмы ксенона // Тези-

12. сы XXI Международной конференции «Уравнения состояния вещества», Эльбрус, 2006, с. 143.

Сдано в набор 5.04.06. Подписано в печать 10.04.06. Формат 60x90 1/16 Гарнитура «Тайме». Заказ 121. Тираж 100. Объем 1,25 л.

Отпечатано в типографии ИПХФ РАН

JjOQGA -774 A

-7744

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 Исследования свойств плазмы (обзор литературы)

§ 1.1 Использование направленных электромагнитных волн для исследования свойств электронной подсистемы плазмы

§ 1.2 Зависимость отражательной способности плазмы от электронной плотности и частоты межчастичных столкновений. ф

§ 1.3 Изучение плотной динамической плазмы.

ГЛАВА 2 Методики генерации и исследования ударно-сжатой плазмы инертных газов

§ 2.1 Методика генерации сильно-неидеальных плазменных состояний. Проверка однородности и одномерности плотно/ сти плазменного образования.

§ 2.2 Многоканальная лазерная система диагностики динамических плазменных объектов.

§ 2.3 Оптический блок приема отраженного от плазмы зондирующего излучения.

§ 2.4 Компьютерная система управления. Микроконтроллерная субсистема. Программное обеспечение.

§ 2.5 Проверка корректности работы системы диагностики ударно-сжатой плазмы.

ГЛАВА 3 Исследование отражательных свойств неидеальной плазмы

§3.1 Предварительный анализ пространственной структуры ионизирующей ударной волны.

§ 3.2 Измерение коэффициента отражения ударно-сжатой плазмы ксенона с применением зондирующего излучения с А,30Нд. =

1064нм, 694 нм и 532нм.

§ 3.3 Анализ влияния переходного слоя на отражательные свойства ударно-сжатой плазмы.

Диссертационная работа посвящена исследованию отражательных свойств ударно-сжатой плазмы с сильным межчастичным взаимодействием, характеризуемым параметром кулоновской неидеальности вплоть до значений Г=(4ш/3)ше2/(4п£0квТ) ~ 2.

Актуальность тематики.

Неидеальная плазма представляет собой объект исследований, вызывающий большой интерес как с точки зрения фундаментальной науки, поскольку наиболее распространенное состояние вещества во Вселенной - это состояние с сильным межчастичным взаимодействием, так и с точки зрения практического использования в перспективных энергетических проектах и устройствах, таких как инерционный термоядерный синтез, МГД-генераторы, генераторы сжатых потоков, новые технологии обработки материалов и т.д. [1]. В настоящее время методы квантовой механики и статистической физики позволяют корректно описывать поведение среды, имеющей низкие или весьма высокие плотности вещества в случае, когда взаимодействие частиц не слишком велико и может учитываться в рамках формализма Дебая-Хюккеля или, квазиклассически, применением приближения Томаса-Ферми, соответственно. Строгое теоретическое описание поведения вещества с сильным межчастичным взаимодействием затруднено в связи с невозможностью использования идеологии теории возмущений в квантовомехани-ческой задаче многих тел из-за отсутствия малого параметра в такой неупорядоченной системе с электронной статистикой, промежуточной между статистиками Больцмана и Ферми. При этом прямое численное моделирование подобных систем также имеет весьма ограниченные возможности.

В этой ситуации результаты физических экспериментальных исследований приобретают особую ценность, играя роль критерия для определения точности и области применимости «упрощенных» теоретических моделей или используемые для выбора численных параметров функциональных зависимостей, описывающих поведение вещества в условиях сильного взаимодействия частиц и созданных на основе строгих асимптотических решений, справедливых для анализа слабонеидеальных состояний.

В числе способов экспериментального изучения свойств электронной подсистемы среды методы, основанные на взаимодействии вещества с электромагнитным излучением, являются одними из важнейших. Изучение отклика среды на воздействие зондирующим электромагнитным излучением умеренной интенсивности позволяет получить информацию о транспортных свойствах плазмы, что имеет большое значение для понимания фундаментальных процессов в этой среде и, прежде всего, процессов столкновитель-ных, а также получать исходные данные для определения макроскопических характеристик исследуемой плазмы.

Цель диссертационной работы.

В число задач, планируемых для решения в рамках диссертационной работы, входило создание методики генерации динамических плазменных образований, находящихся в состоянии сильной неидеальности, пространственно-временные параметры которых соответствуют специфическим требованиям проблемы исследования их отражательных характеристик, а также разработка и реализация методики неискажающей диагностики подобных объектов направленным излучением оптического диапазона. Разработка указанных методик осуществлялась для достижения основной цели диссертационной работы - исследования отражательных свойств сильно-неидеальной плазмы инертных газов при варьировании частоты зондирующего излучения и термодинамических параметров ударно-сжатого плазменного образования в широком диапазоне для получения информации о свойствах электронной подсистемы плотной плазмы и экспериментальной проверки существующих теоретических моделей, описывающих поведение вещества, находящегося в состоянии с сильным взаимодействием частиц.

Научная новизна работы.

В результате проведенных исследований была разработана и реализована методика генерации в лабораторных условиях ударно-сжатой плазмы с параметром кулоновской неидеальности до Г~2.2 при максимальном значении плотности носителей заряда до n^lO12 см3. Для получения однородного, имеющего достаточную протяженность вдоль направления зондирования плазменного образования, был использован гидродинамический способ создания сильных ударных волн путем соударении металлического диска (ударника), разогнанного до гиперзвуковой скорости, и мишени (газовой кюветы) с последующими необратимым разогревом и столкновительной ионизацией инертного газа во фронте ударной волны, вошедшей в газовый объем. Надлежащий выбор геометрических параметров и материала ударника, базы разгона, а также материала и конструкции газовой кюветы позволил в режиме плоского однократного сжатия получать динамические плазменные образования хорошей повторяемости. Варьирование плотности и электронной концентрации плазмы достигалось изменением начального давления газа, значения которого составляли Р0=2-т-5.7 МПа.

Методика обеспечивает хорошую воспроизводимость термодинамических и пространственно-временных параметров плазменного образования, а также высокую степень его однородности и одномерности плотности, что крайне важно для выполнения качественной диагностики.

С целью исследования отражательных характеристик ударно-сжатых плазменных образований создана методика неискажающей импульсной диагностики динамических объектов с применением лазерного излучения.

На основе использования разработанных методик впервые исследованы отражательные свойства сильно-неидеальной плазмы инертных газов в широком диапазоне оптического спектра при варьировании электронной концентрации среды в пределах пе-10+2,^10+22см3 и получен массив коэффициентов отражения для спектрального интервала 532+1064 нм. Анализ экспериментальных данных позволил обнаружить характерные особенности отражательных свойств сильно-неидеальной плазмы указанных термодинамических параметров:

- отсутствие резкого перехода из слабоотражающего состояния в состояние с высоким коэффициентом отражения в окрестности критической электронной концентрации,

- большие значения коэффициента отражения плазменного образования, характерные для металлов, при концентрациях электронов, превышающих критическую плотность, что в условиях эксперимента свидетельствует о высокой проводимости плазмы,

- сильную зависимость отражательных характеристик ударно-сжатой плазмы от частоты зондирующего поля.

Анализ вида экспериментальной зависимости коэффициента отражения плазмы от электронной концентрации позволил сделать оценку важнейшего параметра плазмы - частоты межчастичных столкновений.

На основе численного решения уравнения распространения зондирующего электромагнитного излучения в среде проанализировано влияние переходного слоя плазмы на ее отражательные свойства. Показано, что для описания всей совокупности экспериментальных данных на основе использования существующих моделей проводимости таких сред без привлечения дополнительных механизмов диссипации энергии необходимо допустить существование переходного слоя, имеющего протяженность порядка -6-10"7 м, что превышает оценки сделанные с применением экстраполяции положений теории идеальной плазмы в область высоких плотностей.

Научная и практическая ценность.

В результате проведенных исследований отражательной способности ударно-сжатых плазменных образований получен массив коэффициентов отражения сильно-неидеальной плазмы для зондирующего излучения в интервале длин волн ХЗОНд=532+-1064 нм при вариации в широких пределах термодинамических параметров плазмы. Новые данные применены для корректировки существующих моделей высокочастотной проводимости плазмы и могут быть использованы в расчетах теплофизических свойств сред, находящихся в условиях сильного межчастичного взаимодействия.

Апробация результатов работы.

Основные результаты диссертационной работы представлены на научно-координационных сессиях «Исследования неидеальной плазмы» (Президиум РАН, Москва, 1998, 2002-2005 гг.) и на международных конференциях «Strongly Coupled Coulomb Systems» (Москва, 2005 г.), «Уравнения состояния вещества» (п. Эльбрус, Кабардино-Балкарская республика, 2002-2006 гг.)

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитированной литературы, содержит 117 страниц, включая 5 таблиц, 26 рисунков и 106 наименования цитируемой литературы.

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Разработанные методики генерации сильно-неидеальных состояний и измерения коэффициентов отражения динамических короткоживущих объектов позволили исследовать отражающие свойства сильно-неидеальной плазмы в широком диапазоне изменения термодинамических параметров (максимальное значение параметра 7 неидеальности Г=(4ше/3) е /(4кБоквТ) ~ 2) и широком спектральном интервале оптического диапазона при изменении электронной концентрации в пределах пе=1.0-10+21-9.4-10+21см~3.

2. Получен массив коэффициентов отражения сильно-неидеальной плазмы для спектрального интервала 532-1064 нм.

3. Обнаружены особенности отражательной способности сильно-неидеальной плазмы:

- отсутствие резкого перехода из слабоотражающего состояния в состояние с высоким коэффициентом отражения в окрестности критической электронной концентрации;

- наличие высокой («металлической») отражающей способности плазмы при концентрациях электронов, превышающих критическую плотность, что в условиях эксперимента означает высокопроводящее состояние плазменного образования.

На основе анализа вида функциональной зависимости коэффициента отражения плазмы от плотности электронов сделана оценка величины частоты межчастичных столкновений.

4. Обнаружена сильная зависимость отражательных свойств плазмы от частоты зондирующего поля.

5. На основе численного решения уравнения распространения электромагнитной волны в среде с использованием существующих моделей проводимости проанализировано влияние переходного слоя плазмы на ее отражательные свойства. Показано, что для получения согласия с экспериментальными данными в случае использования равновесной модели для описания состояния неидеальной плазмы без привлечения дополнительных механизмов диссипации энергии необходимо допустить существование переходного слоя, имеющего протяженность порядка -6-10"7 м.

В заключение автор выражает глубокую благодарность академику Фортову В.Е. за постоянный интерес и внимание к работе, профессору Минцеву В.Б. за предоставление интересной темы диссертации и научное руководство, д. ф.-м. н. Грязнову В. К., д. ф.-м. н. Терновому В. Я., д. ф.-м. н. Канелю Г. И. за полезные дискуссии и поддержку, Филатову В.П. и Землякову С. В. за помощь в проведении экспериментов.

Заключение

1. Фортов В. Е., Якубов И. Т. Неидеальная плазма. - М.: Энергоатомиздат. 1994. 368 с.

2. Я. Б. Зельдович, Ю. П. Райзер. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. -М.: Наука. 1966. 687 с.

3. Лившиц Е. М., Питаевский JI. П. Физическая кинетика. М.: Физмат-лит. 2001.535 с.

4. Арцимович JI. А., Сагдеев Р. 3. Физика плазмы для физиков. М.: Атомиздат. 1979. 317 с.

5. Гинзбург В. JI. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Наука. 1967. 681с.

6. К. П. Станюкович. Физика взрыва. М.: Наука. 1975. 712 с.

7. V. В. Mintsev, Yu. В. Zaporoghets. Reflectivity of Dense Plasma // Contrib. Plasma Phys. 1989. V. 29. 4/5. P. 493-501.

8. Запорожец Ю. Б., Минцев В. Б., Грязнов В. К., Фортов В. Е. Коэффициент отражения плотной плазмы ксенона в красной области спектра (694нм) // В сб. «Физика экстремальных состояний вещества -2002». Изд-во ИПХФ РАН, Черноголовка. 2002. с.188-190.

9. Yu. Zaporoghets, V. Mintsev, V. Gryaznov, V. Fortov. Reflectivity of Dense Xenon Plasma at the Wavelength X = 694 nm // GSI Scientific Report. 2002. P. 16-18.

10. H. Reinholz, Yu. Zaporoghets, V. Mintsev, V. Fortov, I. Morozov, G. Ropke. Frequency-dependent reflectivity of shock-compressed xenon plasmas // Phys. Rev. E. 2003. V. 68. P. 036403-1-10.

11. Yu. Zaporoghets, V. Mintsev, V. Gryaznov, V. Fortov, H. Reinholz, T. Raitza and G. Ropke. Reflectivity of nonideal plasmas J. Phys. A: Math. Gen. 2006. V. 39. P. 4329-4333.

12. T. Raitza, H. Reinholz, G. Ropke, V. Mintsev, Yu. Zaporoghets, A.Wierling. Reflectivity in shock wave fronts of Xenon. // J. Phys. A: Math. Gen. accepted (2006).

13. Запорожец Ю. Б., Минцев В. Б., Грязнов В. К., Фортов В. Е., Рейнгольц X., Репке Г. Отражательная способность ударно-сжатой плазмы ксенона. // В сб. «Физика экстремальных состояний вещества 2006». Изд-во ИПХФ РАН, Черноголовка. 2006. с. 136-139.

14. Запорожец Ю. Б., Минцев В. Б., Грязнов В. К., Фортов В. Е. Коэффициент отражения плотной плазмы ксенона в красной области спектра (694нм). // Тезисы XIX Международной конференции «Уравнения состояния вещества», Эльбрус. 2002. с. 84.

15. Запорожец Ю. Б., Минцев В. Б., Грязнов В. К., Фортов В. Е., Рейнгольц X., Репке Г. Отражательная способность ударно-сжатой плазмы ксенона. // Тезисы XXI Международной конференции «Уравнения состояния вещества», Эльбрус, 2006, с. 143.

16. Н. Reinholz, G. Ropke, A. Wierling, V. Mintsev, V. Gryaznov. Reflectivity of shock compressed xenon plasma. // Contrib. Plasma Phys. 2003. V. 43. N. l.P. 3-10.

17. Зеленер Б. В., Норман Г. Э., Филинов В. С. Парные корреляционные функции в псевдопотенциальной модели неидеальной плазмы // ТВТ. 1974. Т. 12. №2. С. 267-272.

18. Berkovsky М. A., Kurilenkov Yu. К. and Milchberg Н. М. Skin effect and reflectivity in strongly coupled plasma // Phys. of Fluids B. 1992. V. 4. P. 2423-2432.

19. Berkovsky M. A. and Kurilenkov Yu. K. Electron dynamic correlations in strongly coupled plasmas: beyond the Born approximation // Physica A. 1993. V. 197. P. 676.

20. Andrew N. Mostovych and Yung Chan. Reflective Probing of the Electrical Conductivity of Hot Aluminum in the Solid, Liquid, and Plasma Phases // Phys. Rev. Lett. 1997. V. 79. N. 25. P. 5094-5097.

21. Price D. F., More R. M., Walling R. S., Guethlein G., Shepherd R. L., Stewart R. E., and White W. E. Absorption of Ultrashort Laser Pulses by Solid Targets Heated Rapidly to Temperatures 1-1000 eV // Phys. Rev. Lett. 1995. V. 75. N. 2. P. 252-255.

22. Валуев А. А., Каклюгин А. С., Норман Г. Э. Плазменные волны в неидеальной плазме // ЖЭТФ. 1998. Т. 114. В. 3. С. 880-896.

23. Валуев А. А. Зависимость диэлектрической проницаемости неидеальной плазмы от частоты. // ТВТ. 1980. Т.18. №2. С. 422-424.

24. Berkovsky M. A., Kurilenkov Yu. K. Electron dynamic correlations in strongly coupled plasmas: beyond the Born approximation // J. Phys. B. 1991. V. 24. P. 5043-5053.

25. Валуев А. А. О колебаниях электронов в неидельной плазме // ТВТ. 1977. Т. 15. №6. С. 1143-1147.

26. Harris S. Е., Kmetec J. D. Mixed-Species Targets for Femtosecond-Time-Scale X-Ray Generation // Phys. Rev. Lett. 1988. V. 61. N. 1. P. 62-65.

27. R. Fedosejevs, R. Ottmann, R. Sigel, G. Kuhnle, S. Szatmari, and F. P. Schafer. Absorption of Femtosecond Laser Pulses in High-Density Plasma // Phys. Rev. Lett. 1990. V. 64. N. 11. P. 1250-1253.

28. A. Ng, D. Parfeniuk, P. Celliers, L. DaSilva, R.M. More, and Y. T. Lee. Electrical Conductivity of a Dense Plasma // Phys. Rev. Lett. 1986. V. 57. N. 13. P. 1595-1598.

29. H. M. Milchberg, R. R. Freeman, S. C. Davey, and R. M. More. Resistivity of a Simple Metal from Room Temperature to 106 К // Phys. Rev. Lett. 1988. V. 61. N. 20. P. 2364-2367.

30. С. H. Nam, W. Tighe, S. Suckewer, J. F. Seely, U. Feldman, and L. A. Woltz. Observation of Asymmetric Stark Profiles from Plasmas Created by a Picosecond KrF Laser // Phys. Rev. Lett. 1987. V. 59. N. 21. P. 2427-2430.

31. P. Celliers and A. Ng. Optical probing of hot expanded states produced byshock release // Phys. Rev. E. 1993. V. 47. N. 5. P. 3547-3565.

32. J. A. Cobble, G. A. Kyrala, A. A. Hauer, A. J. Taylor, С. C. Gomez, N. D. Delamater, and G. T. Schappert. Kilovolt x-ray spectroscopy of a subpico-second-laser-excited source // Phys. Rev. A. 1989. V. 39. P. 454-459.

33. Hansen J.P., McDonald I.R. Microscopic simulation of a strongly coupled hydrogen plasma // Phys. Rev. A. 1981. V. 23. P. 2041-2059.

34. Selchow A., Ropke G., Wierling A., Reinholz H., Pschiwul Т., Zwicknagel G. Dynamic structure factor for a two-component model plasma // Phys. Rev. E. 2001. V. 64. P. 056410-1-10.

35. Ng A., Celliers P., Hu G., Forsman A. Electron-ion equilibration in a strongly coupled plasma // Phys. Rev. E. 1995. V. 52. P. 4299-4310.

36. Дихтер И.Я., Зейгарник B.A. Уравнения состояния и проводимость це-зиевой плазмы при давлениях 50-500 атм // Доклады АН СССР. 1976. Т. 227. С. 656-657.

37. Климонтович Ю.Л. Кинетическая теория неидеального газа и неидеальной плазмы. -М.: Наука, 1975. 352 с.

38. Dharma-wardana M.W.C. Results on the energy-relaxation rates of dense two-temperature aluminium, carbon and silicon plasma close to liquid-metal conditions //Phys. Rev. E. 2001. V. 64. P. 035401(R)-l-4.

39. Reinholz H., Redmer R., Ropke G., Wierling A. Long-wavelength limit of the dynamical local-field factor and dynamical conductivity of a two-component plasma // Phys. Rev. E. 2000. V. 62. P. 5648-5667.

40. Esser A., Redmer R., Ropke G. Interpolation formula for the electrical conductivity of nonideal plasmas // Contrib. Plasma Phys. 2003. V. 43. P. 33-41.

41. Давыдов Б.И. О влиянии колебаний плазмы на ее электропроводность и теплопроводность // В сб. «Физика плазмы и проблема управляемых термоядерных реакций». Изд. АН СССР, 1958. Т. 1. С. 77-88.

42. Валуев А.А., Куриленков Ю.К. Электропроводность плазмы в широкомдиапазоне плотностей зарядов // ТВТ. 1983. Т. 21. №3. С. 591-594.

43. Hansen J.P., McDonald I.R. Thermal relaxation in strongly coupled two-temperature plasma // Phys. Lett. 1983. V. 97A. P. 42-44.

44. Reinholz H., Ropke G., Wierling A., et al. Reflectivity of shock compressed xenon plasma // Contrib. Plasma Phys. 2003. V. 43. P. 3-9.

45. Millat Th., Selchow A., Wierling A., et al. Dynamic collision frequency for two-component plasma // J. Phys. A. 2003. V. 36. P. 6259-6264.

46. Kurilenkov Yu.K., Valuev A.A. Plasma oscillations and their influence on certain properties of non-ideal plasma // Beitr. Plasma Physik. 1984. V. 24. P. 529-538.

47. Рамазашвили P.P., Рухадзе А.А., Силин В.П. О скорости выравнивания температуры заряженных частиц в плазме. // ЖЭТФ. 1962. Т. 43. Вып. 4(10). С. 1323-1330.

48. Kurilenkov Yu. К., Valuev A. A. Electrical conductivity of plasma in wide range of charge densities // Beitr. Plasma Physik. 1984. V. 24. P. 161-172.

49. Berkovsky M. A., Djordjevic D., Kurilenkov Yu.K., Milchberg H.M. On high frequency electrical conductivity of strongly coupled plasma // J. Phys. B. 1991. V. 24. P. 5043-5053.

50. Meyerand R.G., Haught A.F. Optical Energy Absorption and High- Density Plasma Production // Phys. Rev. Lett. 1964. V. 13. P. 7-9.

51. Monkur N.K. Plasma Spatial Filter // Appl. Opt. 1977. V. 16. P. 1449-52.

52. Карлов H.B., Комиссаров B.H., Кузьмин Г.П., Прохоров A.M. Эффект плазменного зеркала при пробое воздуха в резонаторе СОг-лазера //

53. Письма в ЖЭТФ. 1972. Т. 15. В. 2. С. 95-98.

54. Басов Н.Г., Бойко В.А., Данилычев В.А., Зворыкин В.Д., Холин И.В., Чугунов А.Ю. Отражение излучения от плазменного зеркала электроионизационного СОг-лазера // Квантовая электроника. 1977. Т. 4. С. 2267-2271.

55. Валуев А.А., Морозов И.В., Норман Г.Э. Ленгмюровские волны и ионный звук в неидеальной плазме. Молекулярно-динамический расчет // ДАН. 1998. Т. 362. С. 752-755.

56. Morozov I.V., Norman G.E., Valuev A.A. Stochastic Properties of Nonideal Plasmas // Phys. Rev. E. 2001. V. 63. P. 36405-1-9.

57. Morozov I.V., Norman G.E. Non-Exponential dynamic relaxation in strongly nonequilibrium nonideal plasma // J. Phys. A. 2003. V. 36. P. 6005-6012.

58. Басов Н.Г., Бойко B.A., Данилычев B.A., Зворыкин В.Д., Лобанов А.Н., Сучков А.Ф., Холин И.В., Чугунов А.Ю. Динамика генерации электроионизационного СОг-лазера с плазменным зеркалом // Квантовая электроника. 1977. Т. 4. С. 1761-1770.

59. Draganescu V., Agafitci A., Apostol P., Bajeu G., Farcas A., Fenic C., Heri-sanu N., Isbasescu M., Medianu R., Strahan A. The laser with Plasma Mirror Cells // Rev. Rom. Phys. 1982. V. 27. P. 629-632.

60. Афанасьев Ю.В., Басов Н.Г., Крохин O.H., Пустовалов В.В., Силин В.П., Склизков Г.В., Тихончук В.Т., Шиканов А.С. Взаимодействие мощного лазерного излучения с плазмой. М.: ВИНИТИ. 1978. Радиотехника. Т. 17. 300 с.

61. Горбунов Л.М., Касьянов Ю.С., Коробкин В.В., Поляничев А.Н., Шевелько А.П. Спектрально-временные измерения излучения, рассеянного назад лазерной плазмой // Письма в ЖЭТФ. 1978. Т. 27. Вып. 4. С. 242246.

62. Анисимов С.И., Бонч-Бруевич A.M., Ельяшевич М.А., Имас Я.А., Павленко Н.А., Романов Г.С. Действие мощных световых потоков на металлы //ЖТФ. 1966. Т. 36. Вып. 7. С. 1274-1284.

63. Бонч-Бруевич A.M., Имас Я.А. Действие излучения оптического квантового генератора на металлы // Физика и химия обработки материалов. 1967. Т. 5 С. 3-10.

64. Грим Г. Спектроскопия плазмы. М.: Атомиздат. 1969. 452 с.

65. Чернетский А. В., Зиновьев О. А., Козлов О. В. Аппаратура и методы плазменных исследований. -М.: Атомиздат. 1965. 208 с.

66. Спитцер Л. Физика полностью ионизированного газа. М.: Мир. 1965. 212 с.

67. Райзер Ю.П. Лазерная искра и распространение разрядов. М.: Наука. 1974. 308 с.

68. Фоменко И. В., Федоров В. Б. Низкопороговое нелинейное отражение излучения от лазерной плазмы и инициирование режима синхронизации мод в неодимовом лазере с плазменным зеркалом. М.: Институт общей физики АН СССР. Препринт №205. 1986. 20 с.

69. Лохте-Хольтгревен В. Методы исследования плазмы. М.: Мир. 1971. 552 с.

70. Величко О. М., Урлин В. Д., Якутов Б. П. Оптические характеристики приповерхностной плазмы, инициированной мощными лазерными импульсами фемтосекундной длительности различной поляризации // Квантовая электроника. 2000. Т. 30. № 10. С. 889-895.

71. Grimes М.К., Rundquist A.R., Lee J.-S. et. al. Experimental Identification of "Vacuum Heating" at Femtosecond-Laser-Irradiated Metal Surfaces //

72. Phys. Rev. Lett. 1999. Vol. 82. N. 20. P. 4010-4013.

73. Nakano H., Nishikawa Т., Ahn H. et. al. Temporal evolution of soft x-ray pulse emitted from aluminium plasma produced by pair of Ti: Sapphire laser pulses // Appl. Phys. Lett. 1996. Vol. 69. N. 20. P. 2992-2994.

74. Nishikawa Т., Nakano H., Ahn H. et. al. X-ray generation enhancement from a laser-produced plasma with a porous silicon target // Appl. Phys. Lett. 1997. Vol. 70. N. 13. P. 1653-1655.

75. Борн M., Вольф Э. Основы оптики. M.: Наука. 1973. 720 с.

76. Александров А.Ф., Богданкевич Л.С., Рухадзе А.А. Колебания и волны в плазменных средах. -М.: Изд. МГУ. 1990. 271 с.

77. J. R. Jasperse and В. Basu. Collisional Enhancement of Low-Frequency Density Fluctuations in a Weakly Collisional Electron-Ion Plasma. // Phys. Rev. Lett. 1987. V. 58. N. 14. P. 1423-1425.

78. N. B. McNelis and I. M. Tkachenko. Theory of laser scattering in plasmas. // Phys. Rev. A. 1980. V. 21. N. 6. P. 2176-2179.

79. Yi-Quan Zhang and Alan W. DeSilva. Ion-acoustic and entropy fluctuations in collisional plasmas measured by laser light scattering. // Phys. Rev. A. 1991. V. 44. N. 6. P. 3841-3855.

80. С. M. Surko, R. E. Slusher, D. R. Moler, and M. Porkolab. 10.6-цт Laser Scattering from Cyclotron-Harmonic Waves in a Plasma. // Phys. Rev. Lett. 1972. V. 29. N. 2. P. 81-84.

81. F. Perrot. Equation of state and transport properties of an interacting multis-pecies plasma: Application to a multiply ionized Al plasma. // Phys. Rev. E. 1995. V. 52. N. 5. P. 5352-5367.

82. George A. Rinker. Electrical conductivity of a strongly coupled plasma. // Phys. Rev. B. 1985. V. 31. N. 7. P. 4207-4219.

83. George A. Rinker. Systematic calculations of plasma transport coefficients for the Periodic Table. // Phys. Rev. A. 1988. V. 37. N. 4. P. 1284-1297.

84. Hikaru Kitamura and Setsuo Ichimaru. Electric and thermal resistivities in dense high-Z plasmas. // Phys. Rev. E. 1995. V. 51. N. 6. P. 6004-6009.

85. C. G. M. van Kessel and R. Sigel. Observation of Laser-Driven Shock Waves in Solid Hydrogen. // Phys. Rev. Lett. 1974. V. 33. N. 17. P. 10201023.

86. L. R. Veeser and J. C. Solem. Studies of Laser-Driven Shock Waves in Aluminum. // Phys. Rev. Lett. 1978. V. 40. N. 21. P. 1391-1394.

87. R. J. Trainor, J. W. Shaner, J. M. Auerbach, and N. C. Holmes. Ultrahigh-Pressure Laser-Driven Shock-Wave Experiments in Aluminum. // Phys. Rev. Lett. 1979. V. 42. N. 17. P. 1154-1157.

88. F. Cottet and J. P. Romain. Ultrahigh-Pressure Laser-Driven Shock-Wave Experiments at 0.26 pm Wavelength. // Phys. Rev. Lett. 1984. V. 52. N. 21. P. 1884-1886.

89. V. E. Fortov, V. K. Gryaznov, V. B. Mintsev, V. Ya. Ternovoi, I. L. Iosilevski, M. V. Zhernokletov, M. A. Mochalov. Thermophysical Properties of Shock Compressed Argon and Xenon. // Contrib. Plasma Phys. 2001. V. 41. N. 2-3. P. 215-218.

90. S. Kuhlbrodt, R. Redmer, H. Reinholz, G. Ropke, B. Hoist, V. B. Mintsev, V. K. Gryaznov, N. S. Shilkin, V. E. Fortov. Electrical Conductivity of Noble Gases at High Pressures // Contrib. Plasma Phys. 2005. V. 45. N. 1. P. 61-69.

91. S. Kuhlbrodt, B. Hoist, R. Redmer. COMPTRA04 a Program Package to Calculate Composition and Transport Coefficients in Dense Plasmas. // Contrib. Plasma Phys. 2005. V. 45. N. 2. P. 73-88.

92. P. Mora. Plasma Expansion into a Vacuum. // Phys. Rev. Lett. 2003. V. 90. N. 18. P.185002-1-4.

93. Luis O. Silva, Michael Marti, Jonathan R. Davies, Ricardo A. Fonseca, Chuang Ren, Frank S. Tsung, and Warren B. Mori. Proton Shock Acceleration in Laser-Plasma Interactions. // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 92. N. 1. P. 015002-1-4.

94. P. M. Celliers, G. W. Collins, L. B. Da Silva, D. M. Gold, R. Cauble, R. J. Wallace, M. E. Foord, and B. A. Hammel. Shock-Induced Transformation of Liquid Deuterium into a Metallic Fluid. // Phys. Rev. Lett. 2000. V. 84. N. 24. P. 5564-5567.

95. Хаддлстоун P., Леонард С. Диагностика плазмы. М.: Мир. 1967. 357 с.

96. Минцев В. Б., Фортов В. Е. ЖЭТФ. 1979. Т. 30. Вып. 7. С. 401-407.

97. Минцев В. Б., Фортов В. Е., Грязнов В. К. Электропроводность высокотемпературной неидеальной плазмы // ЖЭТФ. 1980. Т. 79. Вып. 1. С. 116-124.

98. Дихтер И.Я., Зейгарник В.А. Проводимость цезиевой плазмы // ТВТ. 1977. Т. 15. С. 176-185.

99. Сеченов В. А., Сон Э. Е., Щекотов О. Е.//ТВТ. 1977. Т. 15. С. 411-421.

100. Иванов Ю. В., Минцев В. Б., Фортов В. Е., Дремин А. Н. // ЖЭТФ. 1976. Т. 71. Вып. 1. С. 216-226.