Разработка физических основ методов изготовления и контроля лазерных сферических диагностических мишеней тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК V ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. П.Н. ЛЕБЕДЕВА

На правах рукописи УДК 621.039.633

ГРОМОВ АЛЕКСАНДР ИВАНОВИЧ

РАЗРАБОТКА ФИЗИЧЕСКИХ ОСНОВ МЕТОДОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ЛАЗЕРНЫХ СФЕРИЧЕСКИХ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ МИШЕНЕЙ

Специальность - 01.04.21 - лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученей степени кандидата физико - математических наук

МОСКВА 1997 г.

Работа выполнена в Физическом институте им. П.Н Лебедева Российской Академии наук

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук Ю. А. Меркульев Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук С. 10. Гуськов /ФИАН/ кандидат физико-математических наук В. В. Гаврилов /ТРИНИТИ/

Ведущая организация: Институт Общей Физики Российской Академии наук

Защита диссертации состоится " 4 1997 г. в $ часов на заседании Специализированного ученого совета К.002.39.01. Физического института им. П.Н. Лебедева РАН по адресу: 117 924, Москва, Ленинский проспект 53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФИАН.

Автореферат разослан "* " я у> г- л а 1997 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат, физ-мат. наук В.А.Чуенков

Актуальность работы.

Решение проблемы управляемого термоядерного синтеза /УТС / позволит получить практически неисчерпаемый и безопасный источник энергии. Исследования по УТС интенсивно ведутся в большинстве развитых стран мира. Реакторы на основе инерциального термоядерного синтеза предполагается, кроме решения энергетической преблемы, использовать в качестве двигателей космических-кораблей. Такие движительные системы более всего подходят для далеких космических полетов.

В 1963 году Н. Г. Басов и О. Н. Крохин предложили использовать мощные лазеры для нагрева вещества до термоядерных температур. Быстрое развитие лазерной техники позволило в 1968 году получить термоядерные нейтроны при воздействии лазерного излучения на плоскую мишень, содержащую дейтерий.

В 1972г. в ФИАНе начала действовать установка "Кальмар" для сферического нагрева плазмы и получен нейтронный выход 107 за импульс со сплошными мишенями из дейтерированного полиэтилена.

В дальнейшем, в-результате теоретического изучения процесса сжатия и нагрева плазмы, было показано преимущество полых сферических мишеней по сравнению со сплошными из ДТ-льда; экспериментально продемонстрирован значительный коэффициент поглощения лазерного излучения в плазме при плотности потоков от 1012 до 1015 вт/см2, доказано, что достигаются высокие температуры и плотности плазмы, обнаружены сверхсильные магнитные поля в лазерной плазме.

Предельные параметры плазмы при сферическом облучении лазерной мишени получаются только при определенной связи энергии и длительности лазерного импульса с геометрическими параметрами мишени — диаметром и толщиной стенки и давлением ДТ-смеси, при соблюдении условий симметрии и разнотолщинности мишени.

Развитие экспериментов по лазерному термоядерному синтезу / ЛТС / потребовало изготовления специальных мишеней для облегчения диагностики лазерной плазмы.

Термин "диагностические лазерные мишени" появился в 1975 - 1977 годах. Под диагностической лазерной мишенью мы понимаем мишень с введением в состав мишени и ее отдельных слоев специальных диагностических добавок и определенных

элементов, которые позволяют увидеть или подчеркнуть процесс сжатия, наргева и горения термоядерной мишени в различных видах излучения ( оптическом, рентгеновском, нейтронном, корпускулярном и. т. д ). Все микробаллоны, а также и конструкции для лазерных мишеней, должны быть изготовлены и проконтролированы с высокой точностью, иногда до долей процента. Это касается и концентрации введенных элементов, толщин и плотностей покрытий и слоев.

Диагностические добавки должны быть незначительны по отношению к массе мишени, необходимо, чтобы они существенно не влияли на процесс инициирования и горения в термоядерной реакции. При этом такие лазерные мишени должны удовлетворять требованиям симметрии, равномассовости, равнотолщинности, отсутствию локальных возмущений на поверхности. Требуется, чтобы введенные слои и добавки не изменяли гидродинамику сжатия и не приводили к • появлению дополнительных гидродинамических неусточивостей.

Создание диагностических мишеней как средства совершенствования плазменного экспермента, в том числе и при изготовлении плоских мишеней, встречает трудности в реализации поставленной задачи, связанные с высокой точностью изготовления и толщины слоев и концентрации диагностических элементов.

Специфические трудности работ над технологией лазерных термоядерных мишеней заключаются в том, что в большинстве лабораторий мира не принято подробно описывать технологию и делиться "ноу-хау" - то есть новыми технологическими тонкостями, находками и решениями без которых, как правило, нет новой технологии. Обычно сообщается только о конечных результатах. Повторение чужих работ всегда ведет к временному отставанию, поэтому на основе собственного опыта и реальных материальных возможностей нами разрабатывались собственные технологии и "ноу-хау".

Точность изготовления и контроля диагностической мишени прямо влияет на точность результатов эксперимента. При разработке, изготовлении и контроле диагностических мишеней необходимо преодолеть ряд трудностей, связанных с микроколичествами используемых веществ.

Таким образом, кроме создания методов введения диагностических добавок и слоев и технологического оборудования для этих процессов потребовалось создать комплексы измерительных приборов, обеспечивающих требуемую точность.

Одна из основных наших целей всегда была мишень с паспортом, то есть с полной характеристикой всех параметров мишени. Копия паспорта обычно передается в лазерный эксперимент. Все это позволяет по лселанию, при необходимости и возникновении новых идей, анализировать прежние результаты.

При переходе к экспериментам с крупными мишенями реакторных масштабов, с зажиганием и даже развитым горением возникают дополнительные задачи введения элементов, позволяющих исследовать ядерные процессы в сверхсжатом плазменном ядре, экранированном толстым слоем сжатой плазмы оболочки. Этим работам уделяется большое внимание в лазерном плазменном эксперименте и в его теоретических описаниях.

Научная новизна.

1. Предложены и экспериментально обоснованы физические принципы изготовления диагностических мишеней, удовлетворяющих требованиям эксперимента.

2. Разработан комплексный метод и проведены исследования формирования тонких металлических непрозрачных покрытий, а также предложен метод и создана аппаратура контроля этих слоев по пропусканию ультрафиолетового / УФ / излучения.

3. Предложен, для отдельных видов диагностик, монтаж мишеннего узла в качестве диагностического комплекса.

4. Разработана методика и аппаратура изготовления цилиндрических лайнеров • полимеризацией полипараксилилена на поверхности ледяного цилиндра с включением диагностических добавок / брома, хлора /. При охлаждении подложек до 77"К показана возможность формирования малоплотного до 0,03 г/см3 слоя из полипараксилилена.

5. Предложены и отработаны для полимерных покрытий, в том числе' толстых, методы симметризации слоев при повторном высокотемпературном нагреве и полимеризации на поверхности готовой мишени. Разработан метод и аппаратура нанесения равномерных покрытий из полипараксилилена на сферические лазерные мишени.

6. Внедрен комплексный контроль измерения равнотолщинности мишеней оптическими, в том числе интерференционными, и рентгеновскими методами, с эталонированием на электронном микроскопе излома или среза, а также внутренней структуры.

7. Впервые в России разработана комплексная методка рентгеновских и оптических измерений многослойных

тонкостенных сферических диагностических мишеней, в том числе и в комбинации слоев металлов и полимеров.

8. Усовершенствован люминесцентный метод измерений микроколичеств урана в стекле оболочечной мишени и трековых детекторов, основой которой явилось применение фокусирования ультрафиолетового лазерного излучения в контролируемую точку слоя, минуя стеклянные и кварцевые элементы фокусировки и регистрации.

9. Разработана физическая модель поведения частиц тумана (смога) из ультрадисперсных порошков, металлов или их химических производных, что позволило создать метод и аппаратуру нанесения покрытий сверхнизкой плотности на сферические и плоские мишени для ослабления . влияния мелкомасштабной неоднородности греющего лазерного излучения и уменьшения влияния ударной волны на внутреннюю поверхность мишени.

Практическая значимость.

1. Разработаны методики изготовления многослойных плоских и сферических диагностических мишеней, в которых с одной стороны выполняются условия связи энергии и импульса лазерной установки с параметрами мишеней, а с другой введением диагностических добавок и слоев не ухудшаются параметры сжатия и горения.

2.Проведены исследования, разработаны различные методы контроля диагностических мишеней. Использование в экспериментах таких мишеней позволяет более полно понять процессы, происходящие в плотной плазме.

3. Передача мишеней в эксперимент позволила нам как совершенствовать сами мишени, так и обеспечило проведение экспериментов на установках "Кальмар"., "Дельфин" и ряда экспериментов на установке "Вулкан" в Англии, причем приходилось создавать разные мишени под конкретные параметры разных лазерных устаневок и доя различных экспериментов.

4." Каждая мишень, предназначенная для эксперимента, проходила тщательное измерение параметров с помошью разработанных или усовершенствованных нами методов и аппаратуры. Перед использованием мишени в эксперименте составлялось ее подробное описание - паспорт.

5. Особотонкостенные полимерные лайнеры и методика измерения лайнеров переданы для проведения экспериментов на установку "Ангара-5".

6. На основе проведенных расчетных и экспериментальных исследований созданы заполненные ДТ-смесыо сферические мишени с многослойным металлическим покрытием; применение в экспериментах специальным образом сконструированных и измеренных мишеней со слоями из малоплотного металла дает возможность улучшить симметрию и степень сжатия на существующим установках , проконтролированные образцы переданы для экспериментов в ТРИНИТИ.

7.Проведены исследования и создана комплексная технология для работ с трековыми детекторами из нитрата и ацетата целлюлозы, а также пластин слюды и кварца, которые оказались полезными для работы с ураносодержащими мишенями и обнаружения филаментаций, волоконных кварцевых детекторов выгорания топлива в твэлах ядерных реакторов.

8. Разработана методика монтажа полимерных мишеней на специальных подвесах, удобная для целей диагностики.

9. На основании развития технологии диагностических мишеней предложены новые типы мишеней для использования в термоядерных исследованиях на более мощных установках: это мишени со слоями малоплотных металлических и дейтерированных материалов, мишени с материалами воспламеняющимися на воздухе, но прикрытыми защитными полимерными пленками (закансулированными).

Апробация работы.

Основные результаты работы неоднократно обсуждались на семинарах Нейтронно-физического Отдела ФИАН и Отделения Квантовой радиофизики, докладывались на Конференции во физике плазмы- и Управляемому термоядерному синтезу, Звенигород 1987,1989,1993,1996 гт, X Международной Конференции специалистов по изготовлению мишеней Таос. США. 1995г, Европейской конференции по взаимодействию лазерного излучения с веществом - ЕСЫМ - Варшава 1991 г, Мадрид 1996г.

Автор защищает:

1. Результаты цикла экспериментальных исследований, охватывающих основные проблемы, касающиеся диагностических мишеней.

2. Разработанные методы и аппаратуру изготовления многослойных сферических диагностических мишеней, в которых при сохранении

теоретических требований к геометрии и конструкции мишеней, вводятся специальные диагностические добавки и слои, подчеркивающие ( или делающие регистрируемыми ) определенные процессы в плазме.

3. Методы создания равномерных металлических покрытий на сферических лазерньх мишенях, методики изготовления особотонкостенных полимерных лайнеров с включением диагностических элементов.

4. Предложенные и внедренные в эксперимент некоторые конструкции диагностических мишеней: сферическая оболочка со слоем содержащим уран (диагностика однородности разлета), сферическая оболочка с малоплотным слоем из ультрадисперсного порошка металла (для рентгеновской и активационной диагностики) и для изучения эффекта разравнивания энергии лазерного импульса по поверхности мишени, мишень со слоем дейтерированного полимера (для изучения генерации нейтронов в короне).

5. Для многих вариантов лазерных сферических диагностических мишеней разработаны методы и аппаратура контроля толщины и равнотолщшшости, и, в некоторых случаях, средней плотности для малоплотных материалов, метод контроля концентрации урана в ураносодержащих слоях - лазерным возбуждением люминесценции с чувствительностью до 1-3%, метод и аппаратуру контроля тонких металлических слоев по пропусканию УФ излучения через мишень, методику рентреновского контроля средней плотности малоплотных металлических слаев с одновременным эталонированием.

Объем и структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 148 страницах, включая 48 рисунков, 9 таблиц и 129 наименований библиографии. -

Краткое содержание работы:

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы основные цели и результаты, выносимые на зашшу, кратко изложено содержание глав.

В первой главе изложены современные представления о процессах, происходящих при сжатии и нагреве мишени мощным лазерным импульсом. При рассмотрении состояния исследований в

контексте развития ЛТС формируется общая постановка проблемы лазерных мишеней.

Вводится понятие диагностической мишени. На основе анализа проводимых лазерных экспериментов показано, что в ЛТС необходимо использовать сложные многооболочечные мишени с диагностическими добавками и слоями.

Рассматриваются различные типы диагностик и созданные для них диагностические мишени, обсуждаются проблемы создания и использования сложных диагностических мишеней.

Вторая глава посвящена описанию исследования?! и разработке многослойных, в том числе сферических мишеней.

Первые публикации по диагностическим мишеням для рентгеновской диагностики вышли за рубежом в'1972-1975. годах. В этих мишенях по свечению алюминиевого слоя толщиной в сотни ангстрем, развернутого во времени, предлагали оценивать движение абляционного слоя или ударной греющей волны.

Однако сами диагностические слои (хотя толшина их была приблизительно известна по количеству испаренного вещества при изготовлении) на равнотолщинность не измерялись.

Нами был усовершенствован метод нанесения субмикронного равномерного металлического слоя термическим испарением в вакууме на микрообъекты - сферические мишени при их вращении с помощью специального устройства. Разработана аппаратура измерения однородности тонкого металлического слоя на сферической мишени по ослаблению обычного и ультрафиолетового излучения (в последнем случае удавалось измерить слои до долей микрона). Мишень измерялась в различных положениях просвечиванием через вершину из узкой диафрагмы. На рис 1 и 2 показаны сферические мишени с металлическими слоями.

Кроме этого, для задач лазерного эксперимента созданы разнообразные методики подвеса мишеней на зачерненном капилляре и чернение оболочечных мишеней для автоматической установки мишени в фокус лазерной установки, а также мишеней юстировочных и с зеркальным покрытием для пуско-наладочных работ.

Оказалось, что металлический слой влияет на проницаемость водорода, что используется для систем хранения этого газа. Приведены экспериментальные данные по водородопроницаемости микрооболочек с управляющим металлическим слоем.

В 70-х годах группой М.Я.Гена (Институт Хим-физики) разработан метод полученяя ультрадисперсных порошков / УДП /

металла (частиц в сотни ангстрем) при обдувании инертным газом перегретой капли расплавленного металла, висящей в индукторе высокочастотного генератора.

Ультрадисперсные порошки металла первоначально использовались нами для изготовления металлических оболочек. Позднее было замечено, что слой УДП обладает сравнительно низкой плотностью и довольно прочно лежит на поверхности подложки или мишени.

Поэтому возникла идея нанести подобное покрытие на сферическую мишень, чтобы уменьшить влияние ударной волны при освещении мишени в лазерной установке, улучшить устойчивость и за счет переизлучения выравнивать прогрев поверхности мишени, который неоднороден из за свойств лазерных пучков. За рубежом подобное покрытие наносилось на плоские мишени, но плотность покрытия измерялась по весу и не был известен профиль плотности.

Ультрадисперсный порошок металла представляет собой статистическое распределение, где в общей массе неизбежны отдельные частицы большого размера, поэтому,борясь с этим недостатком, в опытах по нашей схеме крупные частицы частично задерживались специальным фильтром. Также поток УДП особым образом поворачивался, чтобы крупные частицы уходили но инерции из потока, не доходя до мишени.

Впоследствии,при медленном осаждении в специально сконструированной нами емкости получены ультрадиспсрсные порошки металла наименее низкой плотности - в сотни раз меньше плотности исходного вещества. Нами исследованы методы получения равномерных слоев из ультрадисперсных порошков металла предельно низкой плотности - сферические равномерные слои на оболочечные мишени / см. рис 3,4 /, так и на пленочном плоском подвесе - толщина пленки до 0,1 мкм / см. рис 5,6 / с одновременной разработкой методик контроля.

В дальнейшем, для получения сверхнизкой плотности на основе стандартной напылительной установки, нами создан стенд осаждения ультрадисперсного порошка в замкнутом большом объеме при давлении инертного газа 1-5 Topp. Это удобно для осаждения таких редких материалов как золото, или такого сцецифического материала, как свинец. Получены слои свинца в сотню раз меньше плотности сплошного вещества. То же самое оборудование может быть использовано для создания слоев из порошков гидридов ( дейтеридов) металлов.

.•:..' ■ V .5 ...■•■•л."— ..--у.'. ■■ .■■ Г...,. ■ - ..-..■•.. ;..•..•..■■. ...

Рисунок 1 ..Микрофотография мишени с металлическим покрытием на игле-держателе, рядом находятся фольги-эталоны толщины для рентгеновского контроля.

Рисунок 2 .Кассета на четыре мишени для рентгеновского контроля с поворотом мишеней, приклеенных к иглам.

Рисунок 3 . Рентгеновский снимок оболочки с 50 мкм слоем УДП мели.

Рисунок 4 .Схема рентгеновскою кош роля толщины и средней плотности покрытия из УДП на мишени. 1-ооолочка, 2- покрытия, 3- кривая почернении фотопленки, 4- ступенчатый фильтр из фольги, 5-ночерпение для клина.

Рисунок 5 Слой УДТТ мели 101) мк.м толщиной а репи ениьекпх лучах.

мкм толщиной в прохоляшем свете.

Рисунок 7.Схема пепла нанесения полипаракеилнлеиа. ¡-вакуумная камера, 2- нагреваемая кварцевая груба, л- камера осаждения, 4- хладоировод. 5- ди-п-кеилилеи. 6- печь для его испарении, 7- отверсшн для огкачкн, 8-п11 к-у ум н ы I! к л а па н.

а о

Рисунок 8.Стеклянная мишень с

покрытием УДП меди и полипара- [

кеилилена, справа- лаГшер из поли- !

параксилилина. |

Слои из УДП таких веществ типа ГлН желательно закапсулировать от воздействия атмосферы и нами была развита методика нанесения тонкого субмикронного слоя из (С8Н8)п-полипараксилилена , защищающего поверхность / см. рис 7, 8а /.

Нами усовершенствована методика осаждения полипараксилилена на ледяной столбик с последующим отгаживанием и испарением льда в вакууме, таким образом получены особотонкостенные (толщиной в доли микрона) цилиндрические лайнеры / см. рис 86 /. При осаждении на охлажденную подложку получен малоплотный подипараксилилен, при некоторых режимах с плотностью 1/40 от плотности полимера.

В процессе нанесения полипараксилилена, в химическую формулу которого помимо дейтерия, могут входить диагностические вешеетва бром, хлор ; в состав слоя могут одновременно вводится требуемые для экспериментов ЛТС диагностические добавки, а также слои полимер-металл могут чередоваться.

Сформированы требования к качеству и однородности диагностических слоев в применении к технологии нанесения полимерного аблятора на сферические микробаллоны и многослойные мишени. Предложен и реализован принцип выравнивания толстостенного полимерного слоя дополнительным пробрасыванием через высокотемпературную печь.

Для операций с пленочными и сильноэлектризуемыми микроструктурами разработана технология прецизионных работ, хранения и переноски.

В третьей главе описаны методики, часто впервые нами предложенные и реализованные, и созданная нами аппаратура контроля мишеней, в том числе сложных и с диагностическими добавками в видимом, ультрафиолетовом и рентреновском излучении.

Подробно проанализирована реально достижимая точность измерений.

Метод микрорадиографии применялся нами для измерения параметров ( толшины, разнотолщинности ) мишеней, включая последующее восстановление параметров.

Первоначально работы велись на сконструированном нами в 1980 году игольчатом точечном источнике рентгеновского излучения по схеме Авдеенко-Лютцау , а в дальнейшем используя рентгеновские трубки и блоки питания от рентгеновских микроскопов типа МИР-2, МИР-3.

Для того, чтобы получить требуемый контраст и разрешение часто приходилось использовать мягкое - до 2кВ рентгеновское излучение. Разработаны приспособления для настройки рентгеновских микроскопов и их работы вне паспортного диапазона рентгеновской трубки. Так МИР-3 (микроскоп исследовательский рештеновский) при паспортном режиме Ю-ЗОкВ настраивался на минимальный фокус при 4кВ. Это важно для исследований по паспортизации рентгеновских пленок и микроканальных пластин, а также контроля малоплотных сдоев, полимерных оболочек и крупных (диаметром 10-30 мм ) тонкостенных лайнеров.

При получении высокого разрешения на специальных низкочувствительных особовысокоразрещаюших ( до 5000 пар линий/мм) фотоматериалах экспозиция может составлять десятки часов, поэтому показано, что диффузионные процессы в фотоэмульсии при длительной регистрации влияют на точность измерений.

Разработан комплекс приспособлений / пример одного из них на рис 2 / для контроля параметров лазерных мишеней различных типов. Примером наших разработок является рентгеновский контроль мишени особого типа - тонкостенного лайнера, используемого в инсрциальном термоядерном синтезе.

Большой диаметр лайнеров и малая толщина не позволяет применить традиционного метода контроля. Учитывая большой диаметр лайнера - до 30 мм измерения проводились не по кромке, а по наибольшей части диаметра (почти плоским слоям перпендикулярным к потоку излучения), используя калибровочные клинья.

Калибровочные методы контроля плотности и толщины, а также флуктуации плотности сферических мишеней со слоем малоплотного металла ( меди, магния, алюминия ) были развиты с применением методов электронной микроскопии, оптического обычного и лазерного излучения (по пропусканию), микрорадиографии.

Для измерения средней плотности разработана специальная методика эталонирования / см. рис 3,4 - плотность меди составляет 0,1 г/см3 и меньше /. При контроле плоских покрытий из •ультрадисперсных порошков металла установлены флуктуации плотности масштаба 15-30 мкм. Показано, что слой УДП в течение года не меняет своих геометрических размеров (не уплотняется).

Электронная микроскопия слоя ультрадисперсного порошка металла могла быть чрезвычайно информативной, но отдельные частицы образуют нити, которые ветвятся, объединяются в клубки,

которые электризуются и колеблются на картинке, что создает трудности контроля - слой меняется при съемке, так как при подготовке к анализу на частиры слоя размером в сотни ангстрем приходится наносить до 200 А золота для снятия электрического заряда. При этом мы не можем утверждать, что слой не меняется. Методики отрабатывались на меди, так как медь не пирофориа.

При контроле слоев УДП, осажденные в объеме на плоскую поверхность изготовленной нами пленки из нитрата целлюлозы, эффективная плотноеть меди составляет до 1/500 от плотности сплошного металла. По литературе указывается, что возможно получение плотностей до 10"5 от плотности металла, но нам кажется, что при таких плотностях слой будет чрезвычайно неоднороден с масштабами неоднородности более 100 микрон. Мы попытались разобраться с физикой построения таких структур, и оказалсь, что строение имеет фрактальный характер. При рентгеновском контроле эффективная плотность может оказаться завышенной из-за сквозного прохождения излучения / рис 5,6 / - снимок поверхности слоя УДП и тот же слой при рентгеновском контроле. Видно, что возникают сгущения и разряжения, которые при прописи на микроденситометре попадают в область нелинейного участка кривой почернения фотоматериала.

Рентгеновские и оптические методы часто используются нами, как взаимодополняющие. Слои металла толщиной до 0,5 мкм измеряются по ослаблению ультрафиолета, а более толстые слои методом микрорадиографии.

Проведен анализ по достижению максимально высоких точностей контроля при измерении несколькими методами.

В четвертой главе описаны различные виды специальных диагностик лазерных мишеней, приведены созданные для таких, диагностик мишени с диагностическими добавками и слоями, включая и слои из дейтерированных полимеров.

В середине 70-х годов нами проводились исследования по нанесению слоев из окиси урана на кварцевые нити и пластины, как твердотельные трековые детекторы, для Физико-энергетического института (ФЭИ), г. Обнинска.

Возникла идея нанести подобные же слои на сферические оболочечнье мишени, для проведения исследований по симметрии разлета слоев мишени содержащих уран.

При этом встала задача контроля микроколичеств урана. Приведена методика нанесения подобных слоев и разработанный нами метод прецизионного люминесцентного контроля. За счет

того, что возбуждающий луч импульсного ультрафиолетового лазера попадает на люминесцирующий слой сбоку, отражаясь от сферического металлического зеркала, и не проходит через оптические элементы конденсора с неизбежным присутствием микроколичеств урана, дающих фоновую засветку, как в обычном люминесцентном микроскопе, удалось повысить чувствительность почти на два порядка и регистрировать ураносодержашие микронные слои с чувсвительностью — тысячные доли процента.

Разработан и предложен метод монтажа мишени в узле с элементами диагностики - с кварцевыми стеклами и пластинками слюды, которые дают возможность определить параметры разлета мишеней с ураном, а в дальнейшем регистрировать процесс горения, как обскуру в осколках деления.

Предложены, на основе разработанной технологии, новые конструкции многооболочечных мишеней, в том числе с элементами диагностики, а также имеющие в составе уран и дейтерированные металлосодержащие полимеры.

В заключении кратко сформулированы выводы и результаты, следующие из данной работы.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 17 работ. Основные результаты работы.

1. Проведен цикл исследований, связанных с задачей изготовления, контроля и применения диагностических лазерных мишеней. Исследованы с физической точки зрения особенности методов изготовления многослойных, многооболочечных мишеней для ЛТС с целью экспериментального нахождения условий, приводящих к симметриии конструкции и выполнению других теоретических и экспериментальных требований, накладываемых на мишень.

2. Определены и экспериментально опробованы оптимальные условия нанесения тонких металлических слоев и создана аппаратура для их изготовления в комплексе с методами и апаратурой контроля их толщины.

3. Исследованы методы получения малоплотных металлических покрытий на сферической мишени с целью получения равномерных слоев из ультрадисперсных порошков металла.

4. На основании новых технологических достижений разработаны методы нанесения полимерного покрытия на мишень , в том числе слоев с элементами диагностики. Предложен и разработан метод по изготовлению особотонкостенных лайнеров из полипараксилилена.

5. Предложен и реализован ряд мишеней предназначенных для корпускулярной, рентгеновской и нейтронной диагностик, в том числе с дейтерием и ураном, данные диагностики позволяют более четко понять отделаные процессы JITC.

6. Разработан комплекс методик,проведены исследования и создана аппаратура контроля параметров слоев на сферических и цилиндрических оболочках в. видимом, ультрафиолетовом и рентгеновском излучениях.

7. Метод рентгеновского контроля слоев малоплотных веществ дополнен разработкой одновременного контроля толшины слоя и плотности вещества. Анализ источников погрешностей при измерении параметров таких слоев позволил улучшить аппаратуру, определить предельные возможности методов.

Проведенные разработки и исследования дают возможность создания многослойных, многооболочечных мишеней, в том числе и с элементами диагностики для будущих, более мощных термоядерных установок.

Основные публикации по теме диссертации:

1.Гамалий Е.Г., Громов А.И., Исаков А.И., Крупинина Л.А., Леонов Ю.С., Матвеева Ф.И., Меркульев Ю.А., Никитенко А.И., РычковаЕ.Р., Склизков Г.В. Лазерные термоядерные мишени /7 Труды ФИАН. 1977. Т.94. С. 29-60.

2. Борисенко Н.Г., Бушуев B.C., Громов А.И., Дороготовцев В.М., Исаков А.И., Меркульев Ю.А., Никитенко А.И., Склизков Г.В., Лазерные термоядерные мишени для установки "Дельфин": Препринт № 147. М,: ФИАН, 1980. 8с.

3.Громов А.И., Исаков А.И., Котов C.B., Меркульев Ю.А. Рентгеновский контроль термоядерных мишеней: Препринт № 233. М.: ФИАН, 1981.7с.

4. Быковский Н.Е., Громов А.И., Иванов В.В., Исаков А.И., Лисунов В.В., Меркульев Ю.А., Сенатский Ю.В., Склизков Г.В., Субботин Л.К. Применение координатных фотоприемников для автоматизации устройства подачи мишени в фокус лазерной установки : Препринт № 76. М.: ФИАН, 1982. 14с.

5. Барабаш Л.З., Брагин Б.Н., Голубев A.A., Громов А.И., Захаренков Ю.А., Малышева B.C., Никитенко А.И., Никитина

Т.Ф., Рязанов Г.В., Хайдаров В.Т., Шарков Б.Ю., Шамаев О.Б., Шнканов А.С. Микроканальный анализатор для регистрации корпускулярной и рентгеновской эмиссии лазерной плазмы // Краткие сообщения по физике. 1985. № 5. С. 16-20.

6. Громов А.И., Захаренков Ю.А., Муравьева В.А., Никитенко А.И., Никитина Т.Ф., Склизков Г.В., Тураев Э.Н., Шикаиов А.С., Якименко М.И. Разработка микроканального анализатора изображения лазерной плазмы в диапазоне энергий 1-20 КэВ // Труды 1У совещания по диагностике высокотемпературной плазмы. Алушта. 1986. С. 8-12.

7. Акунец А.А., Бушуев B.C., Громов А.И., Дороготовцев В.М., Ковыльников В.Н., Меркульев Ю.А., Никитенко А.И., Толоконников С.М., Сумароков В.Н., Чистов А.Г., Нерсисян Р.Г. Получение и характеристики водородозаполняемых двухслойных микробаллонов. Вопросы атомной науки и техники. Серия. Атомно - водородная энергетика и техника. 1987. Вып 1. С. 7-9.

8. Громов А.И., Меркульев Ю.А., Платэ И.В., Стоенко Н.И. Применение метода рентгеновской микрорадиографии для измерения толщины и средней плотности покрытия из ультрадисперсных порошков металла. // Краткие сообщения по физике. 1988. № 3. С. 11-13.

9. Борисенко Н.Г., Бушуев B.C., Громов А.И., Дороготовцев В.М., Исаков А.И., Корешева Е.Р., Меркульев Ю.А., Никитенко А.И., Толоконников С.М. Технология лазерных мишеней в Физическом институте им.П.Н.Лебедева. //Квантовая электроника. 1989. т. 16,

• /9/, С. 1895-1899.

10. Borisenko N.G., Bushuev V.S., Gromov A.I., Dotogotovtsev V.M., Isa-kov A.I., Koresheva E.R., Merkul'ev Yu.A., Nlkitenko A.I., Tolokonni-kov S.M. Laser target technology in Lebedev Physical Institute of the USSR Academy of Sciences, // Preprint FIAN No 144, 1989, 32p.

11. Borisenko N.G., Bushuev V.S., Gromov A.I, Dorogotovtsev V.M., Isa-kov A.I., Koresheva E.R., Merkul'ev Yu.A., Nikitenko А.Ц Tolokonni-kov S.M. Laser target technology In LPI.// Proceed. ECLIM Warsaw, 1991, pp.156- 159.

12. Акунец A.A., Борисенко Н.Г., Бушуев B.C., Громов А.И., Дороготовцев В.М., Исаков А.И., Ковьшьников В.Н., Корешева Е.Р., Меркульев Ю.А.,. Никитенко А.И:. Осипов И.Е., Сутормин В.В., Толоконников С.М~Технология лазерных мишеней в Физическом институте им П.Н.Лебедева // Труды ФИАН. 1992. Т.220. С. 3-27.

13. Громов А.И., Меркульев Ю.А. Диагностические лазерные мишени// Труды ФИАН. 1992. Т.220. С. 47-60.

14. Акунец. А.А., Басов Н.Г., Бушуев B.C., Громов А.И., Дороготовцев В.М., Исаков А.И., Ковыльников В.Н., Меркульев Ю.А., Никитенко А.И., Толоконников С.М. Сверхпрочные микробаллоны для хранения водорода И Труды ФИАН. 1992. Т.220. С. 96-112.

15. Boriscnko N.G., Gromov А. 1. Technology for making low density foams and polymer nettings with metal particles // Preprint FIAN No25. 1994,48р.

16. Borisenko N.G., Gromov A.I., Merkul'ev Yu.A. Microheterogeneous Targets - a New Challenge In Target Technology, Plasma Physics, and laser Interaction with Matter.// J.of Moscow Physical Society. 1994, v.4, No 3, pp.247-273.

17. Borisenko N.G., Gromov A.I., Merkul'ev Yu.A., Mitrofanov A.V. Important target characteristics to perform microheterogeneous (structured) plasma in a laser shot // ECLIM Madrid ,1996, Paper PH-63.