Резонансная фотонная накачка и инверсная заселенность в лазерной плазме тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На правах рукописи

Альмиев Ильдар Рифович

РЕЗОНАНСНАЯ ФОТОННАЯ НАКАЧКА И ИНВЕРСНАЯ ЗАСЕЛЕННОСТЬ В ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЕ

Специальность 01.04.05 - Оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Казань-2004

Работа выполнена на кафедре оптики и спектроскопии Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Казанский государственный университет им. В.И.Ульянова-Ленина».

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Гайнутдинов Ренат Хамитович

Научный консультант: доктор физико-математических наук,

профессор Салахов Мякзюм Халимуллович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Нефедъев Леонид Анатольевич

доктор физико-математических наук, профессор Тимеркаев Борис Ахунович

Ведущая организация: Казанский физико-технический институт

им. Е.К.Завойского КазНЦ РАН

Защита состоится " 24 " июня 2004 г. В 14!° часов на заседании Диссертационного совета Д 212.081.07 в Казанском государственном университете им В.И. Ульянова-Ленина по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, д. 18.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. Н.И.Лобачевского Казанского государственного университета. Автореферат разослан ".21 " мая 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Сарандаев Е.В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Лазер является важным инновационным

устройством в народном хозяйстве. Лазерное излучение стало предметом многочисленных исследований, начиная с первых экспериментальных демонстраций Н.Г.Басовым, А.М.Прохоровым [1] и А.Л.Шавловым (АХ.8ЬаМо^г) и Ч.Х.Таунсом (С.Н.То^тпе8) [2]. Сразу после того, как оптический- лазер- показал себя как многообещающее устройство, огромные усилия были приложены в исследование более коротковолновых, рентгеновских лазеров [3]. Интенсивные исследования по рентгеновским лазерам ведутся в Физическом институте им, П.Н.Лебедева, в Институте атомной энергии им. И.В.Курчатова, в Резерфордовской Аплтоновской лаборатории (Великобритания) и во многих других странах мира [4,5]. Так как длины волн рентгеновского излучения попадают в «водное окно» (24 - 43 ангстрем), то рентгеновский лазер позволит получать высокоточные результаты в диагностике в медицине, генетике и в военных технологиях. При проектировании рентгеновского лазера возникают важные проблемы, отличающие рентгеновские от оптических лазеров: отсутствие зеркал для отражения большей части рентгеновского излучения для работы лазера в многопроходовом режиме; экспериментальная реализация методов накачек для получения инвертированной среды; определение конкретных ионов и энергетических уровней для реализации конкретной квантовой схемы; создание ионов определенной степени ионизации и удержание такого состояния во времени. В 1975 году в работах А.В.Виноградова, И.И.Собельмана, Е.АЮкова [6] и Б.А.Нортона (БА^оЛоп) и Н.Дж.Пикока (^^Реасоск) [7] было указано на возможность получения инверсной заселенности в среде, состоящей из многозарядных ионов, с использованием метода фотонной накачки, который является основным для большинства оптических лазеров. В этих работах были впервые

¿"дата

водородоподобный калий - водородоподобный хлор, водородоподобный магний - водородоподобный натрий, гелио-подобный фосфор -водородоподобный кремний, где лазерное излучение ожидалось на переходах соответственно.

Экспериментальное производство таких ионов требовало больших интенсивностей оптических лазерных импульсов (порядка 1014 - 1017 Вт см'2). Это стало возможным после внедрения метода, позволяющего получать большие интенсивности и основанного на спектральном расширении первоначального лазерного импульса [8]. В 1990 году И.Т.Ли (Y.T.Lee), У.М.Ховард (W.M.Howard) и Дж.К.Наиг (J.K.Nash) [9] определили, что перспективными парами ионов являются и водородоподобный алюминий и литий-подобное железо, и усиление рентгеновского излучения ожидается на переходах в литий-

подобном железе. С целью повышения эффективности рентгеновского усиления в 1992 году Дж.Нильсен (J.Nilsen) и др. [10,11] исследовали возможность использования других пар ионов с примерно совпадающими длинами волн спектральных переходов. Теоретические оценки [9-11] показали, что пары ионов: калий - хлор и алюминий - железо, действительно являются многообещающими для усиления рентгеновского излучения. Важным требованием для метода фотонной накачки является обеспечение высокой интенсивностью излучения накачки. В вакууме излучение статических пар-ионов попадает в резонанс. В реальной лазерной плазме возникают проблемы, связанные с доплеровским эффектом, штарковским и электрон/ион-столкновительным уширениями, которые могут сдвинуть спектральные линии вне резонанса. Эффекты перепоглощения излучения в плазме могут уменьшить модальную фотонную плотность излучения накачки, и это является серьезной проблемой при разработке рентгеновских лазеров. Другой важной проблемой является обеспечение электронных плотности и температуры оптимальных для наличия инверсной заселенности. Кроме того, важно

самосогласованно учесть перенос излучения через плазму и эволюцию формирования ионизационного и возбудительного баланса в плазме. Таким образом, проводимые в данной диссертационной работе исследования возможности решения этих проблем являются актуальными и практически значимыми.

Целью данной работы является исследование возможности усиления рентгеновского излучения в лазерно-произведенных плазмах водородоподобного хлора и литий-подобного железа на переходах 4£цг —

соответственно; исследование влияния доплеровского эффекта и эффектов перепоглощения в плазмах на модальную фотонную плотность излучений накачек, исходящих из плазм водородоподобного и гелио-подобного калия и водородоподобного алюминия; исследование влияния излучения гелио-

подобного калия на инверсную заселенность в плазме водородоподобного хлора; исследование влияния различных режимов облучения алюминиевой и железной мишеней на модальную фотонную плотность 2р — Ь излучения из водородоподобного алюминия и на получение литий-подобных ионов железа.

Научная новизна:

1. Предложена экспериментальная схема рентгеновского лазера, основанного на паре ионов водородо-/гелиоподобного калия и водородоподобного хлора, которая является обобщением работы М.Биера (М.Веег) и др. [12] и позволяет учесть не только 2р - Ь излучение водородоподобного калия, но и излучение гелио-подобного калия. В предложенной схеме вычислена динамика модальной фотонной плотности 2р - Ь излучения и коэффициента усиления в плоскости, перпендикулярной рентгеновскому лазерному излучению.

2. Теоретически определено распределение интенсивности Is2p 'Р| -Ь2 ,So излучения из гелиоподобной калиевой плазмы в предложенной

экспериментальной схеме. Объяснена аномалия распределения модальной фотонной плотности излучения накачки как функции координаты и скорости в локальной жидкостной системе хлоровой плазмы. Вычислен коэффициент усиления в плазме водородоподобного хлора с учетом и 2р— и 1в2р 'Р| — 1вг '8о излучений накачек.

3. Разработана схема расположения мишеней алюминиево-железного рентгеновского лазера. Применен метод первоначального импульса в схеме с фотонной накачкой для повышения значения модальной фотонной плотности излучения накачки из алюминиевой плазмы и заселенности литий-подобных ионов железа. Вычислена динамика коэффициента усиления в плоскости, перпендикулярной распространению рентгеновского лазерного излучения.

4. С помощью предложенной схемы поставлен эксперимент, который показал согласие экспериментальных и расчетных данных, полученных в нашей работе.

5. Проведена оценка вклада перепоглощения излучения накачки в накачиваемой среде (в обеих экспериментальных схемах рентгеновских лазеров).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. При вычислении интенсивности накачки в калий-хлоровой схеме имеют два локальных максимума как результат вклада излучения водородоподобного калия на переходах 2рзя - 181/2 и 2р1д- IБ1 /2-

2. При вычислении 1в2р 1Р| — 1Б2 'Бо излучения из калиевой плазмы имеет место аномальное распределение модальной фотонной плотности как функции координаты и скорости.

3. Несмотря на разрушающее действие 1э2р 'Р| — 152 'во излучения из калиевой плазмы, коэффициент усиления в плазме водородоподобного хлора положителен и достигает примерно

4. В алюминиево-железной схеме рентгеновского лазера является эффективным использование метода первоначального импульса.

Достоверность результатов и выводов обеспечивается корректностью

постановки задач, тщательностью анализа используемых методов, строгостью математических методов, а также хорошим согласованием с результатами других работ (при выборе меньшего числа лучей для расчета модальной фотонной плотности в калий-хлоровой-схеме при х=0 мкм) и экспериментом.

Научная и практическая ценность. Предложенная в настоящей работе модель рентгеновского лазера, основанного на фотонной накачке и результаты исследований переноса излучения через плазму и формирования ионизационного и возбудительного баланса в лазерной плазме могут быть использованы для развития новых методов исследования лазерной и астрофизической плазмы и для разработки рентгеновских лазеров.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на Международной-конференции "Hot Dense Matter" (Санта-Барбара, США, 2000), на Международной конференции 'X-ray Lasers 2000" (Сант-Мало, Франция, 2000), на High Power Laser Meeting (Оксфорд, Великобритания, 2000), и на Форуме "X-Ray Lasers" (Резерфордовская Аплюновская лаборатория, Великобритания, 2001).

Публикации. По результатам данной диссертации опубликовано 12 работ, из них 11 статей в центральной научной печати и 1 статья в сборнике конференции.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 171 страниц машинописного текста и включает 72 рисунка. Список цитированной литературы содержит 196 наименования. В заключении сформулированы основные результаты работы и выводы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении на основании современного состояния проблемы представлена основная концепция и обоснована актуальность темы исследования, сформулирована цель работы, постановка основных задач, изложены основные защищаемые результаты и положения, их новизна и практическая значимость, структура и содержание диссертации.

В первой главе излагается современное состояние эксперимента и теории по рентгеновским лазерам. Проанализированы рекомбинационная, электрон-столкновительная схемы, схема ионизации оптическим полем, схема ионизации внутренней оболочки и схема с фотонным возбуждением. Обсуждаются условия рабочих сред и облучения мишеней для получения рентгеновского лазерного излучения.

Во второй главе излагается теория рентгеновского лазера, основанного на фотонной накачке. Предложена модель данного лазера: Важное место в данной главе отдано транспорту излучения через среду, плазму. Проанализировано дифференциальное уравнение, описывающее - перенос излучения через среду в общем случае. Продемонстрирован, вывод аналитического решения в приближении долгих лазерных импульсов, создающих плазму, которое для однородной плазмы имеет вид [13]:

где 3(у) - спектральная функция источника, и^Лт-ическая глубина плазмы. Характер заселенностей ионов по энергетическим состояниям определяется от типа модели плазмы. Описаны физические принципы основных моделей: термодинамическое равновесие, локальное термодинамическое равновесие, нелокальное термодинамическое равновесие, коронное равновесие. В наших вычислениях была использована модель нелокального термодинамического равновесия, которая основывается на решении скоростных уравнений в модели усредненного атома:

(2)

где Ят„ — скорости всевозможных переходов между уровнями пит, Qm -доля конечного состояния, свободного на один ион. В данной модели все реальные ионы заменялись "усредненным" ионом, средняя ионизация которого определялась формулой

л»

п=I

(3)

При решении скоростных уравнений рассчитывались скорости радиационных процессов (фотоионизация, спонтанная радиационная рекомбинация, фотовозбуждение, спонтанное излучение) и столкновительных процессов (столкновительная ионизация, трех-частичная рекомбинация, столкновительные возбуждение и релаксация) Гидродинамическое расширение лазерно-произведенной плазмы рассчитывалось с помощью уравнения непрерывности, уравнения движения, уравнения теплового баланса и уравнения состояния электронной под-системы р(Ые,Те) (ионная под-система описывалась с помощью уравнения состояния идеального газа) [14]:

(4)

(5)

(6)

где 5 описывает источники обмена энергии между электронами и ионами, поглощение лазера, и работу проводимую внешними силами, и р описывает процессы, обусловленные ионизацией, рекомбинацией, возбуждением, релаксацией, и процессы поглощения излучения свободными электронами, взаимодействующими с ядрами. Последний

1000 х (мкм)

Рисунок 1. Скорость (СМ С*1) калиевой плазмы как функция х-координаты при I — -0 4 НС (точечная линия), 0 нс (непрерывная линия), и 0 6 нс (пунктирная линия) относительно времени максимума оптического лазерного импульса.

Рисунок 2. Концентрации водородоподобных ионов калия в состояниях с п=1 (сплошная линия) и п=2 (пунктирная линии) как функции х-координаты в момент времени максимума оптического лазерного импульса.

х(мкм)

Рисунок 3. Концентрации гелиоподобных ионов калия в состояниях С 1Э2 (сплошная линия) и 1в2/ (пунктирная линия) как функции х-координаты в момент времени максимума оптического лазерного импульса.

процесс представляет связь между атомными процессами и гидродинамикой. Гидродинамические и скоростные уравнения решались с помощью лагранжевого метода в рамках единой системы уравнений, описывающих взаимодействие оптического лазера с веществом, плазмой. При этом предполагалось, что расширение плазмы является одномерным. На рисунке 1 показаны графики скорости при различных временах расширения плазмы. Пространственные изменения, параметров среды являются характерной чертой лазерных плазм. Рисунки 2 и 3 показывают пространственное распределение водородо- и гелиоподобных ионов калия в основных и возбужденных состояниях. Распределение по компонентам тонкой структуры 2р1/2 И 2рзя (для водородоподобных ионов) и мультиплетам (для гелиоподобных ионов)

рассчитывалось с помощью статистического усреднения. Важно то, что максимальная заселенность водородоподобных ионов в основном и возбужденном состояниях находится примерно в одном и том же

пространственном интервале, в то время как заселенности гелиоподобных ионов пространственно разделены. Для вычисления излучения накачки был разработан метод трассирующих лучей. Плазма в фиксированный момент времени разбивается на элементарные интервалы-излучатели в сферической системе координат. Интенсивность излучения каждого такого интервала рассчитывалась по формуле (1). Профиль излучения одного иона в наших расчетах считался доплеровским. Длина волны излучения данного интервала рассчитывалась с учетом доплеровского сдвига по отношению к наблюдаемой длине волны в локальной жидкостной системе накачиваемой плазмы (хлор или железо), где ожидается усиление рентгеновского лазерного излучения. Поглощение излучения (калиевой или алюминиевой плазм) при прохождении через весь объем плазмы также рассчитывалось с учетом доплеровского эффекта. Общая интенсивность накачивающего излучения в точке наблюдения рассчитывалась по формуле:

где V, О1) — интенсивность луча из к-ого сферического угла ЛД, и п^, -модальная фотонная плотность для реальной плазмы. Источником происхождения модальной фотонной плотности является функция распределения для излучения абсолютно черного тела. В данной главе предложена модель рентгеновского лазера, основанного на фотонной накачке. В рамках данной модели сначала рассчитываются гидродинамические и атомные характеристики, плазмы (скорость, плотность, ионная и электронная температуры, заселенности) как функции пространственной координаты с помощью уравнений (2-6). Используя вычисленные плазменные характеристики, рассчитывается модальная фотонная плотность излучения накачки в локальной жидкостной системе накачиваемой' плазмы по формулам (1,7). Используя вычисленные гидродинамические параметры плазмы и значения модальной фотонной

плотности, решаются уравнения типа (2), где энергетические уровни трактуются точно и подразумевается равновесное состояние усиливающей

лазерной плазмы, то есть ^-- = 0. Модальная фотонная плотность

используется для вычисления скорости вынужденного радиационного перехода из основного в верхнее состояние: В!"""¡„-^""""„¡¡хпр), [15]. Используя вычисленные заселенности энергетических уровней в фиксированном ионе, коэффициент усиления, данный в работе [15], рассчитывается по формуле:

(8)

где коэффициент инверсии между уровнями а

(нижний лазерный уровень) и Б (верхний лазерный уровень), сила

осциллятора для поглотительного перехода

линии, который в наших вычислениях считался доплеровским. В третьей главе в рамках модели рентгеновского лазера, основанного на фотонной накачке, проведен расчет калиево-хлорового рентгеновского лазера [А6]. Коэффициент усиления был рассчитан с учетом 2р - и излучений накачек из водородо- и гелиоподобной калиевой плазмы, соответственно. В данном рентгеновском лазере излучение переходов в плазме

водородоподобного калия используется для накачки и

1б1/2 - 4р|/2 (3.3511 А) переходов в плазме водородоподобного хлора и усиление ожидается на переходах с

к «64.8 А в водородоподобном хлоре. Для реализации резонансного сдвига предложена схема экспериментальной геометрии, которая показана на рисунке 4, и которая является обобщением работы [12], так как позволяет учесть точные геометрические размеры плазм в трех-размерном пространстве. В целях обеспечения высокой кратности ионизации калия и

Я ---/а^Р^арФра >у)

хлора было предположено, что все три мишени облучаются синхронно

Рисунок 4. Схема расположения калиевых и хлоровой мишеней. Ось OZ, вдоль которой ожидается распространение рентгеновского лазерного излучения, направлена на читателя.

оптическими лазерными импульсами (А,=0.53 мкм), имеющие гауссиановую временную форму с длительностью 1 ж и с максимальной интенсивностью 5x10й Вт см"2. Следуя предложенной модели рентгеновского лазера на фотонной накачке, были вычислены параметры калиевой плазмы и модальная фотонная плотность как функция у-координаты и скорости наблюдателя в локальной жидкостной системе хлоровой плазмы при различных временах расширения плазмы и различных х-координат. Распределение показывает, что данное распределение имеет два локальных максимума. Анализ относительного положения накачивающих и накачиваемых длин волн в водородоподобных калии и хлоре показывает, что максимум модальной фотонной плотности, ожидаемый при положительных у-координат, ассоциируется с компонентой 2рзя - а максимум, ожидаемый при отрицательных у-координат, ассоциируется с 2р|л • 1$|/2. В работе [12] было учтено только зя ~ излучение накачки водородоподобного калия. В данном же рентгеновском лазере важен тот факт, что переходы

ответственные за нижние лазерные уровни водородоподобного хлора, могут накачиваться 1 в2р 'Р,- 1б2 % (3.5319 А) излучением гелиоподобных ионов калия. Для обеих длин волн, соответствующих — Зр переходам, мы вычислили распределение модальной фотонной плотности как функцию у-координаты и скорости наблюдателя, V, при различных х-координат и временах в локальной жидкостной системе хлоровой плазмы. Максимум модальной фотонной плотности наблюдается- при отрицательных у-координат. Данное распределение является аномальным. Данное аномальное распределение модальной фотонной плотности излучения гелиоподобных ионов было объяснено с учетом доплеровского эффекта и факта того, что заселенности гелиоподобных ионов в основном 1вг 'Бо и возбужденном 1 Б2р'Р| состояниях пространственно, разделены. В результате доплеровского эффекта спектр излучения ионами

сдвигается в сторону длинных волн по отношению к ионам, находящимся в основном состоянии. Поэтому коротко-волновые фотоны, приходящие в точку наблюдения с у>0, попадают в максимум профиля поглощения, который находится в положении ионов в основном состоянии, и

эффективно поглощаются. С другой стороны к наблюдателю в локальной системе хлоровой плазмы с координатами у<0 приходят длинно-волновые фотоны по отношению к центральной 1в2р 'Р1- Ь2 'Бо (3.5319 А)шнии, и попадают в минимум профиля поглощения для ионов в состоянии Поэтому при отрицательных у-координат наблюдается максимальная модальная фотонная плотность. Используя распределения модальной фотонной плотности было вычислено распределение коэффициента усиления как функции координат (х,у) при различных временах. Изменяя положение хлоровой мишени по отношению к центру предложенной геометрии эксперимента было получено, что максимальный коэффициент усиления достигается при положении хлоровой мишени и

равен примерно 6 см"1 в области [ХхУ]=[200 мкм х 30 мкм]. Было показано, что временная эволюцию коэффициента усиления примерно равна

эволюции оптического лазерного импульса. Оценки перепоглощения калиевого излучения в хлоровой плазме показали, что это ведет к уменьшению коэффициента усиления примерно в 1.3 раз. В четвертой главе проведен расчет алюминиево-железного рентгеновского лазера на основе модели, предложенной в работе [А5]. В данной схеме рентгеновского лазера было учтено излучение обоих переходов^p^-lsi« (7.1763 А) и 2р3e-lsw (7.1709 А) в ионе водородоподобного • алюминия, используемого для накачки обоих 2%\а - 5рш (7.1697 А) и 2%\п - 5рза (7.1655 А) переходов в ионе литий-подобного железа, где инверсная заселенность ожидается на переходах

Для реализации резонансного сдвига накачивающих и накачиваемых линий предложена схема расположения мишеней (рисунок 5).

^у(мкм)

Рисунок 5. Схема расположения мишеней алюминия и железа. Предполагается, что ось О/, ось рентгеновского лазерного излучения направлена на читателя.

В данной главе было получено, что максимальная фракция литий-подобных ионов достигается при Те = 600 - 1000 эВ и Ne = (1-5)х1021 см"3 и при

данных условиях железной плазмы коэффициент усиления положителен при модальной фотонной плотности больше 0.005. Вычислена модальная фотонная плотность излучения накачки из водородоподобной алюминиевой плазмы в предположении, что алюминиевая мишень облучается одним оптическим лазерным импульсом с Х.=0.53 МКМ, длительностью 1 не, и максимальной интенсивностью (1-5)х10и Вт см"2. Получено, что

получаемая алюминиевая лазерная плазма производит модальную фотонную плотность порядка 0.0172, наблюдаемую на длине волны 2$1д -5ри2 (7.1697 А) перехода в литий-подобном ионе железа. В данных вычисления' учитывалось пространственные распределения, то есть градиенты, всех плазменных параметров. Согласно проведенным оценкам это достаточно для получения коэффициента усиления. Однако, расчеты показали, что облучение железной мишени одним лазерным импульсом с теми же параметрами не производит фракцию, литий-подобных ионов, которое было бы достаточно для получения инверсной заселенности на переходах между уровнями с В целях повышения модальной

фотонной плотности излучения накачки из алюминиевой плазмы и повышения заселенности литий-подобных ионов железа было предложено использование метода предымпульса [16].

Б 0.020 1

§ 0.015

р 0.010

I 0.005 §

1 г1 } / г / Л Л ч _______\____

I > « ч ч_

: / —......1 - 1 1 ____

__ 50 100 150 200 250 300

X (мкм)

Рисунок 6. Модальная фотонная плотность, ПрЬ, как функция х-координаты для случая 10% предымпульса и 0.1 но (пунктирная линия) и 2 ж: (сплошная линия) временного интервала между пред- и главным импульсами.

В расчетах предполагалось, что и алюминиевая и железная мишени облучаются оптическими лазерными трапециодальной формы длительностью 0.6 но и интенсивность главного импульса была выбрана

равной' 2хЮ14 Вт см' . Интенсивности предымпульсов были выбраны в пределах 1 - 100% по отношению к главному импульсу. В расчетах временные интервалы между пред- и главным импульсами варьировались в пределах 0.1 - 2 не и предполагалось, что железная мишень облучается при 0.3 не, 0.2 не, 0 не (синхронное облучение) после начала облучения предымпульсом алюминиевой мишени и 0.2 не и 0.3 не перед предымпульсным облучением алюминиевой мишени/ Расчеты показали, что модальная фотонная плотность излучения накачки достигает 0.019 (рисунок 6) и ожидается получить примерно 30% фракцию литий-подобных ионов в плазме железа. Изменяя относительное положение алюминиевой и железной мишеней, было найдено, что коэффициент усиления порядка 8 см'1 достигается при расстоянии между мишенями 300 - 500 мкм в центре главного импульса, предполагая синхронное облучение мишеней.

х (мкм)

Рисунок 7. Коэффициент усиления, g (см"'), как функция х-координаты на границе алюминиевой и железной плазм, то есть у=50 мкм, при 0.3 не (сплошная линия) и 0.2 не (пунктирная линия) задержках облучения железной мишени, и Хре=300 МКМ.

Получено, что при таком режиме облучения мишеней наибольший коэффициент усиления, достигается 0.2 не позже начала главного

импульса в предположении, что расстояние между мишенями равно 400

мкм. Рассчитаны пространственные зависимости коэффициента усиления для всех 5g-4f, 5Г-4(1, 5сЗ-4р переходов при Хре=300 мкм. Найдено, что максимальный коэффициент усиления- д = 25-30 см"1 (рисунок 7), достигается при 0.2 - 0.3 не задержке облучения железной, мишени по отношению к началу 10% предымпульса на алюминиевой мишени при Хре-300 мкм и на границе обеих мишеней. Показано, что положительный коэффициент усиления ожидается в пространственной области 200x50 мкм2.

В заключении приведены основные результаты.

1. Построена теория переноса излучения для рентгеновского лазера, основанного на фотонной накачке, в которой проведены модельные расчеты калий-хлорового и алюминиево-железного рентгеновских лазеров.

2. Показано, что в распределении модальной фотонной плотности как функции у-координаты и скорости, V, имеются два локальных максимума, ассоциируемых с излучением

переходов в ионе водородоподобного калия. Этот факт является важным для оптимизации рентгеновского излучения из хлоровой плазмы.

3. Показано, что в случае пространственного разделения гелиоподобных ионов в основном состояниях имеет место аномальное распределение модальной фотонной плотности как функции у-координаты и скорости, V. Это может привести к существенному уменьшению коэффициента усиления при отрицательных у-координатах.

4. Проведены расчеты коэффициента усиления с учетом

излучений накачек. Получено, что коэффициент

усиления достигает

5. Проведены расчеты алюминиево-железного рентгеновского лазера, основанного на фотонной накачке. Результаты расчетов модальной фотонной плотности излучения плазмы водородоподобного алюминия показывают, что облучение алюминиевой мишени одним импульсом ведет к большим модальным фотонным плотностям. Однако облучение

железной мишени одним импульсом не производит достаточное количество литий-подобных ионов железа.

6. Показано, что модальная фотонная плотность несколько увеличивается, примерно в 1.2 раза, при использовании метода предымпульса (были использованы трапециодальные импульсы), и фракция Ы-подобных Бе ионов, как ожидается, равна примерно 30%. Использование экспериментально измеренных длин волн повышает модальную фотонную плотность примерно в 1.5 раза. Модальная фотонная плотность примерно сохраняется при 0.5 не, 1 не и 1.5 нс временных интервалах между пред- и главным импульсами.

7. Изучены оптимальные условия получения большой модальной фотонной плотности из алюминиевой плазмы и условия в железной плазме для получения коэффициента усиления. Показано, что наиболее оптимальные условия в железной плазме достигаются при использовании метода предымпульса. Использование маленького (1%) или большого (30%) предымпульсов ведет к бесполезному нагреву цели и чрезмерному расширению плазмы. Большой коэффициент усиления, вплоть до 30 см-1, ожидается у границы А1 плазменного куска (у=50 мкм) полагая 0.3 не временную задержку между оптическими облучениями А1 и Бе целей. Из вычислений ожидается, что коэффициент усиления, больше имеет место в области с площадью 150x50 мкм2.

Полученные в работе результаты позволяют сделать следующие выводы:

1. Калий-хлоровая и алюминиево-железная схемы являются перспективными для создания рентгеновских лазеров. При этом наиболее оптимальными условиями являются электронные температура и плотность равные примерно (для калий-хлоровой схемы) и 800 эВ

и (для алюминиево-железной схемы), соответственно.

2. При разработке калий-хлорового рентгеновского лазера необходимо учитывать ls2p 'Pj - Is2 'So излучение накачки, которое может уменьшить коэффициент усиления.

Список авторской литературы

Al. Al'Miev I.R. Simulations of a Photopumped X-Ray Laser using the H-like Cl - Li-like Se Scheme/ I.R.Al'Miev, X.Lu, S.J.Rose, J.Zhang, J.S.Wark// JQSRT-2004. - V.83.-P. 203-213.

A2. Gouveia A. Absorption of А1ХШ Ly-ce radiation by FeXXIV plasma/ AGouveia, I.R.Al'Miev, J.Hawreliak, D.M.Chambers, T.Liang, R.Marjoribanks, P.A.Pinto, O.Renner, J.Zhang, J.Wark// JQSRT - 2003. - V. 81 -P. 199-207.

A3.' Chambers D.M. K-shell spectroscopy of an independently diagnosed uniaxially expanding laser-produced aluminium- plasma/ D.M.Chambers, P.APinto, J.Hawreliak, I.R.Al'Miev, A.Gouveia, P.Sondhauss, E.Wolfrum, J.S.Wark, S.H.Glenzer, R.W.Lee, P.E.Young, O.Renner, R.S.Marjoribanks, S.Topping// Phys. Rev. E - 2002. V. 66 - P. 026410-1 - 026410-16. A4. Gouveia A. Absorption spectroscopy of Al Ly-a radiation by Fe plasma/ AGouveia, I.R.Al'Miev, J.Hawreliak, D.M.Chambers, T.Liang, R.Marjoribanks, P.A.Pinto, O.Renner, J.Zhang, J.Wark// Rutherford Appleton Laboratory, CLF Ann. Rep. 2001-2002. - P. 43-44.

A5. Al'Miev I.R. Simulations of Al XIII - Fe XXIV X-ray laser photopumping scheme/ I.R.Al'Miev, S.J.Rose, J.S.Wark// JQSRT - 2001. - V. 71 - P. 129138.

A6. Al'Miev I.R. Further simulations of the gain in KXIX/C1XVII resonantly photopumped X-ray Laser/ I.R.Al'Miev, S.J.Rose, J.S.Wark// JQSRT -2001. -V. 70.-P. 11-24.

A7. Al'Miev I.R. Modelling of Photopumped X-ray Lasers/ I.R.Al'Miev, S.J.Rose, J.S.Wark, P.Sondhauss, A.Gouveia, P.D.S.Burnett, D.Chambers// X-

ray Laser Forum Proceedings, Ed. M.Notley, Rutherford Appleton Laboratory -2001.-13 P.

A8. Wolfrum E. Measurements of the XUV mass absorption coefficient of an overdense liquid metal/ E.Wolfrum, A.M.Allen, I.R.Al'Miev, T.W.Barbee Jr, P.D.S.Burnett, A.Djaoui, C.Iglesias, D.H.Kalantar, R.W.Lee, R.Keenan, M.H.Key, C.L.S.Lewis, A.M.Machacek, B. A. Remington, S.J.Rose, R.O'Rourke, J.S.Wark// J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. - 2001. - V. 34. - P. L565-L570.

A9. Sondhauss P. Extension of the code suite FLY to a multi-cell postprocessor for hydrodynamic plasma simulation codes/ P.Sondhauss, S.Rose, R.W.Lee, I.R.Al'Miev, J.S.Wark// JQSRT-2001.-V. 71.-P. 721-728. A10. Альмиев И.Р. К вопросу о наблюдении рентгеновского сверхизлучения, испускаемого ядрами плазмы, созданной фемтосекундными лазерными импульсами/ И.Р.Альмиев, В.В.Самарцев//1 Всероссийская молодежная научная конференция "Когерентная оптика и оптическая спектроскопия", Сб. ст. -Казань. -1997. - С. 29-35. All. Al'Miev I.R, Testing QED: natural broadening of spectral lines/ I.R.Al'Miev, R.Kh.Gainutdinov// Proc. SPIE - 1997. - V. 3239. - P. 267-272. A12. Al'Miev I.R. QED phenomena in highly ionized atoms/ I.R.Al'Miev, R.Kh.Gainutdinov// Proc. SPIE - 1997. - V. 3239. - P. 261-266.

Список цитируемой литературы

1. Басов Н.Г. О возможных методах получения активных молекул для молекулярного генератора / Н.Г.Басов, А.М.Прохоров// ЖЭТФ. - 1955.- Т. 28.- №2-С.249-250.

2. Schawlow A.L. Infrared and Optical Masers/ A.L.Schawlow, C.H.Townes// Phys. Rev. - 1958. - V. 112. - P. 1940-1949.

3. Elton R.C. X-ray lasers/ R.C.Elton// London: Academic Press -1990. - 287 P.

4. Бойко В.А. Рентгеновская спектроскопия лазерной плазмы/ В.А.Бойко,

А.В.Виноградов, С.Л.Пикуз, И.Ю.Скобелев, А.Я.Фаенов// М/.ВИНИТИ -1980. - сер. Радиотехника- Т. 27. - 264 С.

5. Lewis C.L.S. Overview of X-ray laser research in the UK/ C.L.S.Lewis, R.Keenan, A.G.MacPhee, R.M.N.O'Rourke, GJ.Tallents, G.Eker, J.Y.Lin,

5.J.Pestehe, R.Smith, J.S.Wark, E.Wolfrum, J.Zhang, G.J.Pert, S.P.McCabe, P.A.Simms, R.E.Burge, M.T.Browne, P.Charalambous, D.Neely, J.Collier, C.N.Danson// X-Ray Lasers - 1998/1999. - V. 159. - P. 1-8.

6. Виноградов А.В. О возможности создания лазера для далекой ультрафиолетовой области спектра на переходах многозарядных ионов в неоднородной плазме/ А.В.Виноградов, И.И.Собельман, ЕАЮков// Квантовая электроника - 1975.-Т. 2. -№ 1.-С. 105-113.

7. Norton В.А. Population inversion in laser-produced plasmas by pumping with optically-broadened lines/ B.A.Norton, N.J.Peacock// J. Phys. В -1975. - V. 8. -P. 989-996.

8. Strickland D. Compression of amplified chirped optical pulses/ D.Strickland, G-Mourou//Opt.Comm. - 1985.- V. 56 -P. 219-221.

9. Lee T.Y. Soft X-ray lasing in Li-like iron by resonant photopumping/ Y.T.Lee, W.M.Howard, J.ICNash// JQSRT- 1990. - V. 43. - P. 335-345.

10. Nilsen J. Reinvestigating the early resonantly photopumped X-ray laser schemes/ J.Nilsen, J.H.Scofield, and E.A.Chandler// Appl. Optics -1992. - V. 31. - P. 4950-4956.

11. Nilsen J. Resonantly photo-pumped Li-like X-ray lasers/ J.Nilsen// Appl. Optics- 1992.-V. 31. -P. 4957-4961.

12. Beer M.E. Calculations of the modal photon densities and gain in K/Cl resonantly photopumped X-ray laser/ M.E.Beer, P.K.Patel, S.J.Rose, J.S.Wark// JQSRT-2000.-V.65.-P.71-81.

13. Mihalas D. Stellar Atmospheres/ D.Mihalas// San Francisco: W. H. Freeman -1978.-632 P.

14. Christiansen J.P. MEDUSA: a one-dimensional laser fusion code/ J. P. Christiansen, D.E.T.F.Ashby, and K. V. Roberts// Сотр. Phys. Comm. - 1974.

»110 21

-V. 7.-P. 271-287.

15. Rose S.J. The non-LTE excitation/ionization code GALAXY/ S.J.Rose// J.Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. - 1998. -V. 31. - P. 2129-2144.

16. Беляев B.C. О роли предымпульса при нагреве твердотельных мишеней мощным пикосекундным лазерным импульсом/ В.С.Беляев, В.И.Виноградов, А.С.Курилов, АИ.Магунов, А.П.Матафонов, Т.А.Пикуз, И.Ю.Скобелев, АЯ.Фаенов// ЖЭТФ - 2003. - Т. 123. - № 5. - С. 1019-1026.

Отпечатано в ООО «Печатный дворм. Казань,ул. Журналистов, 1/16. Тел.72-74-59,41-76-41, 41-76-51.

Лицензия ПД №7-0215 от 01.11.01 Выдана Поволжским межрегиональным территориальным управлением МПТР РФ. Подписано в печать 20.05.04. Усл. печ. л. 1,5. Заказ № К-1671. Формат 60x841/16. Тираж 100 экз. Бумага офсетная. Печать - ризографы

Введение

Глава 1. Физические основы рентгеновских лазеров.

1.1. Усиление рентгеновского излучения.

1.2. Рекомбинационный рентгеновский лазер.

1.3. Электрон-столкновительный рентгеновский лазер.

1.4. Рентгеновский лазер, основанный на ионизации оптическим полем.

1.5. Рентгеновский лазер, основанный на ионизации внутренней оболочки.

1.6. Рентгеновский лазер, основанный на фотонном возбуждении.

1.7. Лазерная плазма как источник многозарядных ионов.

Глава 2. Теория рентгеновских лазеров, основанных на фотонной накачке.

2.1. Вводное замечание.

2.2. Перенос излучения через вещество.

2.3. Спектроскопические обозначения.

2.4. Плазма как физическое состояние.

2.5. Ионизационная кинетика.

2.6. Элементарные процессы.

2.7. Модели плазмы.

2.7.1. Тепловое равновесие.

2.7.2. Локальное термодинамическое равновесие.

2.7.3. Нелокальное термодинамическое равновесие.

2.7.4. Коронное равновесие.

2.8. Моделирование плазмы.

2.8.1. Модель усредненного атома.

2.8.2. Эффективный коэффициент излучения.

2.8.3. Расширение плазмы.

2.8.4. Ионизационный баланс.

2.8.5. Водородо- и гелиоподобные ионы.

2.9. Метод «проникающих» лучей.

2.9.1. Общая характеристика.

2.9.2. Параметры плазмы.

2.9.3. Доплеровский сдвиг.

2.10. Модель рентгеновского лазера, основанного на фотонной накачке.

Глава 3. Калий-хлоровый рентгеновский лазер.

3.1. Вводное замечание.

3.2. Схема расположения мишеней.

3.3. Излучение, используемое для накачки.

3.3.1. Излучение плазмы водородоподобного калия.

3.3.2. Излучение плазмы гелиоподобного калия.

3.4. Вычисление коэффициента усиления.

Глава 4. Алюминиево-железный рентгеновский лазер.

4.1. Вводное замечание.

4.2. Схема экспериментальной установки.

4.3. Оптимальные условия для железной плазмы.

4.4. Требования на излучение накачки.

4.5. Теоретические и экспериментальные длины волн.

4.6. Облучение алюминиевой мишени одним импульсом.

4.7. Использование первоначального импульса.

4.8. Коэффициент усиления.

Актуальность темы. Лазер является важным инновационным устройством в народном хозяйстве. Лазерное излучение стало предметом многочисленных исследований, начиная с первых экспериментальных демонстраций Н.Г.Басовым, А.М.Прохоровым [1] и А.Л.Шавловым (A.L.Shawlow) и Ч.Х.Таунсом (C.H.Townes) [2]. Сразу после того, как оптический лазер показал себя как многообещающее устройство [3-7], огромные усилия были приложены в исследование более коротковолновых, рентгеновских лазеров [8-11]. Интенсивные исследования по рентгеновским лазерам ведутся в Физическом институте им. П.Н.Лебедева, в Институте атомной энергии им. И.В.Курчатова, в Резерфордовской Аплтоновской лаборатории (Великобритания) и во многих других странах мира [10,11]. Так как длины волн рентгеновского излучения попадают в «водное окно» (24 - 43 ангстрем), то рентгеновский лазер позволит получать высокоточные результаты в диагностике в медицине, генетике и в военных технологиях [12,13]. При проектировании рентгеновского лазера возникают важные проблемы, отличающие рентгеновские от оптических лазеров: отсутствие зеркал для отражения большей части рентгеновского излучения для работы лазера в многопроходовом режиме; экспериментальная реализация методов накачек для получения инвертированной среды; определение конкретных ионов и энергетических уровней для реализации конкретной квантовой схемы; создание ионов определенной степени ионизации и удержание такого состояния во времени. Концепция рентгеновских лазеров тесно связана с многозарядными ионами, так как излучение с длиной волны порядка нескольких ангстрем можно получить только на переходах между внутренними энергетическими уровнями [14,15]. В отличии от атомов в многозарядных ионах важны релятивистские и квантовоэлектро динамические эффекты [16-18]. В результате взаимодействия электронных конфигураций имеют место смешивания энергетических уровней, что ведет к сложному наблюдаемому спектру. Более того, в многозарядных ионах имеют место Оже и Кростер-Кронига эффекты [19-21], которые могут разрушать инверсную заселенность. До недавнего времени многозарядные ионы могли производиться только с помощью пучково-фольгового метода. Главными экспериментальными центрами являются Дубна, Дармштадт, Беркли [22-24]. Достоинством данного метода, внедренного в установку ЭБИТ, является возможность исследования свойств отдельных ионов [25-27]. Однако, для обдирки ионов нужны ускорители. Данные установки многогабаритны и занимают большой объем. Это не позволяет решить проблему компактных рентгеновских лазеров. В 1964 году Н.Г.Басов предложил использовать оптический лазер для нагревания вещества [28]. Достоинствами лазерно-произведенной плазмы являются простота контроля лазерного пучка в пространстве (10*6 см3) и во времени (10*14 - 10"9 с), возможность исследовать практически все химические элементы; контроль геометрического размера и плотности материала мишени-цели, возможность исследования широкого спектрального диапазон с высоким разрешением, ДЯ = 10~5 - Ю-4ангстрем (А) при Я «3-4 А [10]. Большие

213 7 электронные плотности (порядка 10 см" ) и температуры (порядка 10 Кельвин) являются идеальной средой для производства многозаряженных ионов и для генерирования рентгеновского излучения. Использование лазерно-произведенной плазмы как рабочей среды для рентгеновских лазеров было предложено еще в середине 1960-х годов [29,30]. В 1975 году в работах А.В.Виноградова, И.И.Собельмана, Е.А.Юкова [31] и Б.А.Нортона (B.A.Norton) и Н.Дж.Пикока (N.J.Peacock) [32] было указано на возможность получения инверсной заселенности в среде, состоящей из многозарядных ионов, с использованием метода фотонной накачки, который является основным для большинства оптических лазеров. В этих работах были впервые представлены пары ионов, такие как водородоподобный калий - водородоподобный хлор, водородоподобный магний - водородоподобный натрий, гелиоподобный фосфор -водородоподобный кремний, где лазерное излучение ожидалось на переходах 4f7/2 - 3ds/2, 3d5/2 - 2рз/г, 4f7/2 - 3d5/2 / 3d5/2 - 2рз/2, соответственно. Экспериментальное производство таких ионов требовало больших

IЛ I *7 интенсивностей оптических лазерных импульсов (порядка 10 — 10 Вт см"). Это стало возможным после внедрения метода, позволяющего получать большие интенсивности и основанного на спектральном расширении первоначального лазерного импульса [33]. В 1990 году И.Т.Ли (Y.T.Lee), У.М.Ховард (W.M.Howard) и Дж.К.Наш (J.K.Nash) [34] определили, что перспективными парами ионов являются и водородоподобный алюминий и литий-подобное железо, и усиление рентгеновского излучения ожидается на переходах 5g - 4f в литий-подобном железе. С целью повышения эффективности рентгеновского усиления в 1992 году Дж.Нильсен (J.Nilsen) и др. [35,36] исследовали возможность использования других пар ионов с примерно совпадающими длинами волн спектральных переходов. Теоретические оценки [35,36] показали, что пары ионов: калий - хлор и алюминий - железо, действительно являются многообещающими для усиления рентгеновского излучения. Важным требованием для метода фотонной накачки является обеспечение высокой интенсивностью излучения накачки. В вакууме излучение статических пар-ионов попадает в резонанс. В реальной лазерно-произведенной плазме возникают проблемы, связанные с доплеровским эффектом, штарковским и электрон/ион-столкновительным уширениями, которые могут сдвинуть спектральные линии вне резонанса. Эффекты перепоглощения излучения в плазме могут уменьшить модальную фотонную плотность излучения накачки, и это является серьезной проблемой при разработке рентгеновских лазеров. Другой важной проблемой является обеспечение электронных плотности и температуры оптимальных для наличия инверсной заселенности. Кроме того, важно самосогласованно учесть перенос излучения через плазму и эволюцию формирования ионизационного и возбудительного баланса в плазме. Таким образом, проводимые в данной диссертационной работе исследования возможности решения этих проблем являются актуальными и практически значимыми.

Целью данной работы является исследование возможности усиления рентгеновского излучения в лазерно-произведенных плазмах водородоподобного хлора и литий-подобного железа на переходах 4f7/2 -3d5/2 (64.8 А) и 5§9/2 - 4f7/2 (70.25 А) соответственно; исследование влияния Доплеровского эффекта и эффектов перепоглощения в плазмах на модальную фотонную плотность излучений накачек, исходящих из плазм водородоподобного и гелиоподобного калия и водородоподобного алюминия; исследованиё влияния ls2p !Pi - Is2 'S0 излучения гелиоподобного калия на инверсную заселенность в плазме водородоподобного хлора; исследование влияния различных режимов облучения алюминиевой и железной мишеней на модальную фотонную плотность 2р - Is излучения из водородоподобного алюминия и на производство литий-подобных ионов железа. Научная новизна:

1. Предложена экспериментальная схема рентгеновского лазера, основанного на паре ионов водородо-/гелиоподобного калия и водородоподобного хлора, которая является обобщением работы М.Биера (М.Веег) и др. [37] и позволяет учесть не только 2р - Is излучение водородоподобного калия, но и ls2p !Р, - Is2 1 Ь о излучение гелиоподобного калия. В предложенной схеме вычислена динамика модальной фотонной плотности 2р — Is излучения и коэффициента усиления в плоскости, перпендикулярной рентгеновскому лазерному излучению.

2. Теоретически определено распределение интенсивности ls2p 'Pi-Is2 'So излучения из гелиоподобной калиевой плазмы в предложенной экспериментальной схеме. Объяснена аномалия распределения модальной фотонной плотности излучения накачки как функции координаты и скорости в локальной жидкостной системе хлоровой плазмы. Вычислен коэффициент усиления в плазме водородоподобного

1 9 1 хлора с учетом и 2р - Is и ls2p Pj — Is > So излучений накачек.

3. Разработана схема расположения мишеней алюминиево-железного рентгеновского лазера. Применен метод первоначального импульса в схеме с фотонной накачкой для повышения значения модальной фотонной плотности излучения накачки из алюминиевой плазмы и заселенности литий-подобных ионов железа. Вычислена динамика коэффициента усиления в плоскости, перпендикулярной распространению рентгеновского лазерного излучения.

4. С помощью предложенной схемы поставлен эксперимент, который показал согласие экспериментальных и расчетных данных, полученных в нашей работе.

5. Проведена оценка вклада перепоглощения излучения накачки в накачиваемой среде (в обеих экспериментальных схемах рентгеновских лазеров).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. При вычислении интенсивности накачки в калий-хлоровой схеме имеют два локальных максимума как результат вклада излучения водородоподобного калия на переходах 2рз/2 — lsi/2 и 2pi/2 - lsi/2.

2. При вычислении ls2p !Pi - Is2 'So излучения из калиевой плазмы имеет место аномальное распределение модальной фотонной плотности как функции координаты и скорости.

3. Несмотря на разрушающее действие ls2p !Р, - Is2 'S0 излучения из калиевой плазмы, коэффициент усиления в плазме водородоподобного хлора положителен и достигает примерно 8 см"1.

4. В алюминиево-железной схеме рентгеновского лазера является эффективным использование метода первоначального импульса.

Достоверность результатов и выводов обеспечивается корректностью постановки задач, тщательностью анализа используемых методов, строгостью математических методов, а также хорошим согласованием с результатами других работ (при выборе меньшего числа лучей для расчета модальной фотонной плотности в калий-хлоровой схеме при х=0 мкм) и экспериментом.

Научная и практическая ценность. Предложенная в настоящей работе модель рентгеновского лазера, основанного на фотонной накачке, и результаты исследований переноса излучения через плазму и формирования ионизационного и возбудительного баланса в лазерной плазме могут быть использованы для развития новых методов исследования лазерной и астрофизической плазмы и для разработки рентгеновских лазеров.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на Международной конференции "Hot Dense Matter" (Санта-Барбара, США, 2000), на Международной конференции "X-ray Lasers 2000" (Сант-Мало, Франция, 2000), на High Power Laser Meeting (Оксфорд, Великобритания, 2000), и на Форуме "X-Ray Lasers" (Резерфордовская Аплтоновская лаборатория, Великобритания, 2001).

Публикации. По результатам данной диссертации опубликовано 12 работ, из них 11 статей в центральной научной печати и 1 статья в сборнике конференции.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 171 страниц машинописного текста, включая 72 рисунка, и список литературных ссылок из 196 наименований. В заключении сформулированы основные результаты работы и выводы.

Заключение

1. Построена теория переноса излучения для рентгеновского лазера, основанного на фотонной накачке.

2. В рамках данной теории сделаны модельные расчеты калий-хлорового и А алюминиево-железного рентгеновских лазеров.

3. Результаты расчетов для калий-хлорового рентгеновского лазера показывают, что в распределении модальной фотонной плотности nph как функции у-координаты и скорости v, имеются два локальных максимума, ассоциируемых с излучением 2рз/2 - lsi/2 (3.3467 А) и 2pj/2 -lsi/2 (3.3521 А) переходов в ионе водородоподобного калия. Этот факт является важным для оптимизации рентгеновского излучения из хлоровой плазмы.

4. В случае пространственного разделения гелиоподобных ионов в

2 1 1 основном Is S0 и возбужденном ls2p Pi состояниях имеет место аномальное распределение модальной фотонной плотности при как функции у-координаты и скорости, v. Это может привести к существенному уменьшению коэффициента усиления при отрицательных у-координатах.

5. Проведены расчеты коэффициента усиления с учетом 2рз/2 - lsy2, 2pi/2

1 2 1

- lsi/2 и ls2p Pj - Is So излучений накачек. Получено, что коэффициент усиления достигает 6-8 см"1.

6. Проведены расчеты алюминиево-железного рентгеновского лазера, основанного на фотонной накачке. Результаты расчетов модальной фотонной плотности прь излучения плазмы водородоподобного алюминия показывают, что облучение алюминиевой мишени одним импульсом ведет к большим значениям модальной фотонной плотности при. Однако облучение железной мишени одним импульсом не производит достаточное количество литий-подобных ионов железа.

7. Показано, что модальная фотонная плотность несколько увеличивается, примерно в 1.2 раза, при использовании метода предымпульса (были использованы трапецоидные импульсы), и фракция Li-подобных Fe ионов, как ожидается, равна примерно 30%. Использование экспериментально измеренных длин волн повышает модальную фотонную плотность примерно в 1.5 раза. Модальная фотонная плотность примерно сохраняется при 0.5 не, 1 не и 1.5 не временных интервалах между пред- и главным импульсами.

8. Изучены оптимальные условия получения большой модальной фотонной плотности из алюминиевой плазмы и условия в железной плазме для получения коэффициента усиления. Показано, что наиболее оптимальные условия в железной плазме достигаются при использовании метода предымпульса. Использование маленького (1%) или большого (30%) предымпульсов ведет к бесполезному нагреву цели и чрезмерному расширению плазмы. Большой коэффициент усиления, вплоть до 30 см'1, ожидается у границы А1 плазменного куска (у=50 мкм) полагая 0.3 не временную задержку между оптическими облучениями А1 и Fe целей. Из вычислений ожидается, что коэффициент усиления, больше 1 см"1, имеет место в области с площадью 150x50 мкм .

Полученные в работе результаты позволяют сделать следующие выводы:

1. Калий-хлоровая и алюминиево-железная схемы являются переспективными для создания рентгеновских лазеров. При этом наиболее оптимальными условиями являются электронные температура и плотность равные примерно 1000 эВ и 1021 см"3 (для калий-хлоровой схемы) и 800 эВ и(1-5)х10 см" (для алюминиево-железной схемы) соответственно.

2. При разработке калий-хлорового рентгеновского лазера необходимо учитывать ls2p 'Р) - Is2 XS0 излучение накачки, которое может уменьшить коэффициент усиления.

3. Возможно, что в калий-хлоровой и алюминиево-железной схемах коэффициент усиления достигает 8 см"1 и 30 см'1, соответственно, и это может открыть новые возможности в экспериментальной физике рентгеновских лазеров.

1. Басов Н.Г. О возможных методах получения активных молекул для молекулярного генератора / Н.Г.Басов, А.М.Прохоров// ЖЭТФ. 1955. - Т. 28,- №2-С. 249-250.

2. Schawlow A.L. Infrared and Optical Masers/ A.L.Schawlow, C.H.Townes// Phys. Rev. 1958. - V. 112. - P. 1940-1949.

3. Maiman Т.Н. Optical and Microwave-Optical Experiments in Ruby/ T.H.Maiman// Phys. Rev. Lett. I960.- V. 4. - P. 564-566.

4. Webb C.E. Visible and UV gas lasers/ C.E.Webb// In "Laser Physics, Systems and Techniques" - Ed. W.J.Firth, and R.G.Harrison. - Scot. Univ. Sum. School Phys. -1983. - P. 175-212.

5. Летохов B.C. Лазерный эффект в космосе/ В.С.Летохов// УФН 2002. -Т. 172. - № 12. - С. 1468-1470.

6. Басов Н.Г. Влияние лазерного излучения на свертываемость плазмы крови человека/ Н.Г.Басов, В.В.Громов, Е.П.Маркин, А.Н.Ораевский, П.Г.Плешанов, Р.А.Рутберг// Квантовая электроника 1974. - Т. 1. - № 9. -С. 2098-2099.

7. Басов Н.Г. О квантовой электронике/ Н.Г. Басов// М.: Наука 1987. -400 С.

8. Elton R.C. X-ray lasers/ R.C.Elton// London: Academic Press 1990. -287 P.

9. Стариков Ф.А. Исследование усиленного спонтанного излучения рентгеновского лазера с помощью уравнения для поперечной корреляционной функции поля/ Ф.А.Стариков// ЖЭТФ 2000. - Т. 117.-№2.-С. 294-312.

10. Бойко В.А. Рентгеновская спектроскопия лазерной плазмы/ В.А.Бойко, А.В.Виноградов, С.А.Пикуз, И.Ю.Скобелев, А.Я.Фаенов//М.:ВИНИТИ- 1980. сер. Радиотехника - Т. 27. - 264 С.

11. Бессонов Е.Г. Лазерно-электронный источник рентгеновского излучения для медицинских применений/ Е.Г.Бессонов, А.В.Виноградов, М.В.Горбунков, А.Г.Турьянский, Р.М.Фещенко, Ю.В.Шабалин// УФН -2003. Т. 173. - № 8. - С. 899-903.

12. Доклад Американскому физическому обществу экспертной группы о научных и технических аспектах пучкового оружия// УФН 1988. - Т. 155.- С. 661-679.

13. Бушуев В.А. Рентгеновские лазеры/ В.А.Бушуев, Р.Н.Кузьмин// УФН. -1974. Т. 114. - № 12. - С. 677-686.

14. Собельман И.И. Введение в теорию атомных спектров/ И.И.Собельман// М.: Наука 1977. - 320 С.

15. Лабзовский Л.Н. Релятивистская теория атома. Вопросы квантовой теории атомов и молекул/ Л.Н.Лабзовский// Л.: изд. ЛГУ - 1978.- вып. 1. -С. 13-69

16. Браун М.А. Релятивистская теория атома/ М.А.Браун, А.Д.Гурчумелия, У.И.Сафронова// М.: Наука 1984. - 272 С.

17. Запрягаев С.А. Теория многозарядных ионов с одним и двумя электронами/ С.А.Запрягаев, Н.Л.Манаков, В.Г.Пальчиков// М.: Энергоатомиздат 1985. - 144 С.

18. Парилис Э.С. Оже-эффект/ Э.С.Парилис// Ташкент: Фан 1969. -210 С.

19. Agarwal В.К. X-Ray Spectroscopy/ B.K.Agarwal// Berlin: Springer -1979.-418 P.

20. Каразия Р. Введение в теорию рентгеновских и электронных спектров свободных атомов/ Р.Каразия// Вильнюс: Мокслас 1987. - 276 С.

21. Kalagin I.V. Modelling of Ion Accumulation Processes in EBIS and ЕВ1Т/ I.V.Kalagin, D.Kochler, V.P.Ovsyannikov, G.Zschornack// Plasma Sources Science and Technology 1998. - V. 7. - P. 441-457.

22. Schlachter A.S. Production of highly charged rare-gas recoil ions by 1.4 MeV/amu U44+ /A.S.Schlachter, W.Groh, A.Miiller, et al.// Phys. Rev. A 1982. -V. 26.-P. 1373-1377.

23. Belkacem A. Projectile Energy and Atomic Number Dependence of Electron Capture from Pair Production in Relativistic Heavy Ion Collisions/A.Belkacem, H.Gould, B.Feinberg, et al.// Phys. Rev. Lett. 1994. - V. 73. - P. 2432-2435.

24. Kuramoto H. High energy operation of the Tokyo-electron beam ion trap/present status/ H.Kuramoto, H.Shimizu, N.Nakamura, et al.// Rev. Sci. Instrum. 2000. - V. 71. - P. 687-689.

25. Басов Н.Г. Условия разогрева плазмы излучением оптического генератора/ Н.Г.Басов, О.Н.Крохин// ЖЭТФ 1964. - Т. 46. - № 1. С. 171175.

26. Гудзенко Л.И. Отрицательное поглощение в неравновесной водородной плазме/ Л.И.Гудзенко, Л.А.Шелепин// ЖЭТФ 1963. - Т. 45.с. 1445-1449.

27. Jaegle P. Superradiant Line in the Soft—X-Ray Range/ PJaegle, G.Jamelot, A.Carillon, A. Sureau, P. Dhez // Phys. Rev. Lett. 1974. - V. 33. - P. 10701073.

28. Виноградов A.B. О возможности создания лазера для далекой ультрафиолетовой области спектра на переходах многозарядных ионов в неоднородной плазме/ А.В.Виноградов, И.И.Собельман, Е.А.Юков// Квантовая электроника 1975. - Т. 2. - № 1. - С. 105 - 113.

29. Norton В.А. Population inversion in laser-produced plasmas by pumping with optically-broadened lines/ B.A.Norton, N.J.Peacock// J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 1975. - V. 8. - P. 989-996.

30. Strickland D. Compression of amplified chiiped optical pulses/ D.Strickland, G.Mourou// Opt.Comm. 1985. - V. 56 - P. 219-221.

31. Lee T.Y. Soft X-ray lasing in Li-like iron by resonant photopumping/ Y.T.Lee, W.M.Howard, J.K.Nash// JQSRT 1990. - V. 43. - P. 335-345.

32. Nilsen J. Reinvestigating the early resonantly photopumped X-ray laser schemes/ J.Nilsen, J.H.Scofield, E.A.Chandler// Appl. Optics -1992. V. 31. -P. 4950-4956.

33. Nilsen J. Resonantly photo-pumped Li-like X-ray lasers/ J.Nilsen// Appl. Optics 1992. - V. 31. - P. 4957-4961.

34. Beer M.E. Calculations of the modal photon densities and gain in K/Cl resonantly photopumped X-ray laser/ M.E.Beer, P.K.Patel, S J.Rose, J.S.Wark// JQSRT 2000. - V. 65. - P. 71-81.

35. Einstein A. Zur Quantom Theorie der Strahlung/ A.Einstein// Mittelungen -1916.-V. 18.-P. 47-62.

36. Прохоров A.M. Квантовая электроника (4.1)/ А.М.Прохоров// M.: Изд. МГУ 1973.-300 С.

37. Linford G.J. Very long lasers/ G.J.Linford, E.R.Peressini, W.R.Sooy, M.L.Spaeth// Appl. Opt. 1974. - V. 13. - № 2. - P. 379-391.

38. Виноградов А.В. Новые типы зеркал для мягкого рентгеновского диапазона/ А.В.Виноградов, С.И.Сагитов// Квантовая электроника 1983. -Т. 10. - № 11. - С. 3152-3165.

39. Семикоз В.Б. Квантовая кинетическая теория лазеров на свободных электронах во внешнем поле произвольной амплитуды/ В.Б.Семикоз// Квантовая электроника 1983. - Т. 10. - № 11. - С. 2228-2235.

40. Ильинский Ю.А. Об усилении в у-лазере/ Ю.А.Ильинский,

41. B.А.Намиот// Квантовая электроника 1974. - Т. 1. - № 7. - С. 1608-1611.

42. Skinner С.Н. Review of soft X-ray lasers and their applications/

43. C.H.Skinner// Phys. Fluids В 1990. - V. 3. - № 8. - 2420-2429.

44. Seely J.F. Evidence for gain on the С VI 182 A transition in a radiation-cooled selenium/Formvar plasma/ J.F.Seely, C.M.Brown, U.Feldman, M.Richardson, B.Yakobi, and W.E.Behring// Opt. Commun. 1985. - V. 54. -P. 289-294.

45. Moreno J.C. Measurements of gain and line broadening in lithiumlike aluminium/ J.C.Moreno, H.R.Griem, S.Goldsmith, and J.Knauer// Phys. Rev. A 1989. - V. 39. - P. 6033-6036.

46. Grout M.J. Propagation effects in optical-field-induced gas mixture breakdown for recombination X-ray lasers/ M.J.Grout, G.J.Pert, A.Djaoui// J. Phys. B: Atom. Mol. Opt. Phys. 1998. -V. 31. - № 1. - P. 197-207.

47. Suckewer S. Amplification of stimulated soft x-ray emission in a confined plasma column/ S.Suckewer, C.H.Skinner, H.Milchberg, C.Keane, D.Voorhees// Phys. Rev. Lett. 1985. - V. 55. - P. 1753-1756.

48. Suckewer S. Divergence Measurements of Soft—X-Ray Laser Beam/ S.Suckewer, C.H.Skinner, D.Kim, E.Valeo, D.Voorhees, A.Wouters// Phys. Rev. Lett. 1986. - V. 57. - P. 1004-1007.

49. Skinner C.H. Development of small-scale soft-x-ray lasers: aspects of data interpretation / C.H.Skinner, D.Kim, D.Voorhees, S.Suckewer// J. Opt. Soc. Am. В 7, 2042-2047 (1990).

50. Azuma H. Short-pulse pumping of a recombination Balmer-Alpha laser of hydrogenic sodium/ H.Azuma, Y.Kato, K.Yamakawa, T.Tachi, M.Nishio, H.Shiraga, S.Nakai, S.A.Ramsden, G.J.Pert, S.J.Rose// Opt.Lett. 15, 1011-1013 (1990).

51. Boswell B. X-ray laser beam propagation in double-foil targets/ B.Boswell, D.Shvarts, T.Boehly, B.Yaakobi// Phys. Fluids В 1990. - V. 2. - P. 436-444.

52. Zhang J. Demonstration of High Gain in a Recombination XUV Laser at 18.2 nm Driven by a 20 J, 2 ps Glass Laser/ J.Zhang, M.H.Key, P.A.Norreys, et al.// Phys. Rev. Lett. 1995. - V. 74. - P. 1335-1338.

53. Rocca J.J. Energy Extraction and Achievement of the Saturation Limit in a Discharge-Pumped Table-Top Soft X-Ray Amplifier/ J.J.Rocca, D.P.Clark, J.L.A.Chilla, V.N.Shlyaptsev// Phys. Rev. Lett. 1996. - V. 77. - P. 14761479.

54. Молчанов А.Г. Лазеры в вакуумной ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра/ А.Г.Молчанов// УФН 1972. - Т. 106. - № 1. - С. 165173.

55. Csonka P.L. Suggested method for coherent x-ray production by combined x-ray and low-energy photon pumping/ P.L.Csonka// Phys. Rev. A 1976. - V. 13.-P. 405-410.

56. Жерихин A.H. Об усилении в области далекого вакуумного ультрафиолета на переходах многозарядных ионов/ А.Н.Жерихин, К.Н.Кошелев, В.С.Летохов// Квантовая электроника 1976. - Т. 3. - № 1. — С. 152-156.

57. Виноградов А.В. Коэффициент усиления УФ излучения в лазерной плазме/ А.В.Виноградов, В.Н.Шляпцев// Квантовая электроника 1983. -Т. 10. - № 11.-С. 2325-2331.

58. Виноградов А.В. Об инверсии населенностей на переходах неоноподобных ионов/ А.В.Виноградов, И.И.Собельман, Е.А.Юков// Квантовая электроника 1977. - Т. 4. - № 1. - С. 63-68.

59. Matthews D.L. Demonstration of a Soft X-Ray Amplifier/ D.L.Matthews, P.L.Hagelstein, M.D.Rosen, et al.// Phys. Rev. Lett. 54 (2), 110-113 (1985)

60. Lee T.N. Soft x-ray lasing in neonlike germanium and copper plasmas/ T.N.Lee, E.A.McLean, R.C.Elton// Phys. Rev. Lett. 1987. - V. 59. - P. 11851188.

61. MacGowan B.J. Demonstration of Soft X-Ray Amplification in Ni-like Ions/ B.J.MacGowan, S.Maxon, P.L.Hagelstein, et al.// Phys. Rev. Lett. - 1987. -V. 59.-P. 2157-2160.

62. H.Daido. Review of soft x-ray laser researches and developments/ H.Daido// Rep. Prog. Phys. 2002. - V. 65. - P. 1513-1576.

63. Rosen M.D. Exploding-Foil Technique for Achieving a Soft X-Ray Laser/ M.D.Rosen, P.L.Hagelstein, D.L.Matthews, et al.// Phys. Rev. Lett. 1985. - V. 54.-P. 106-109.

64. Kalachnikov M.P. Saturated operation of a transient collisional x-ray laser/ M.P.Kalachnikov, P.V.Nickles, M.Schnurer, et al.// Phys. Rev. A 1998. - V. 57.-P. 4778-4783.

65. London R.A. Theory and design of soft x-ray laser experiments at Lawrence Livermore National Laboratory/ R.A.London, M.D.Rosen, M.S.Maxon, D.C.Eder, P.L.Hagelstein// J. Phys. В.: At. Mol. Opt. Phys. 1989. - V. 22. - P. 3363-3376.

66. Keane C.J. Soft x-ray laser source development and applications experiments at Lawrence Livermore National Laboratory/ C.J.Keane, N.M.Ceglio, B.J.MacGowan, et al.// J. Phys. В.: At. Mol. Opt. Phys. 1989. -V. 22.-P. 3343-3362.

67. Burnett N.H. Cold-plasma production for recombination extreme-ultraviolet lasers by optical-field-induced ionization/N.H.Burnett, P.B.Corkum//J. Opt. Soc. Am. B. 1989.- V. 6. - № 6. - P. 1195-1199.

68. Corkum P.B. Above-threshold ionization in the long-wavelength limit/ P.B.Corkum, N.H.Burnett, F.Brunei// Phys. Rev. Lett. 1989.- V. 62.1. P. 1259- 1262.

69. Аммосов M.B. Туннельная ионизация сложных атомов и атомарных ионов в переменном электромагнитном поле/ М.В.Аммосов, Н.Б.Делоне,

70. B.П.Крайнов// ЖЭТФ 1986. - Т. 91. - № 12. - С. 2008-2013.

71. Попов B.C. Туннельная и надбарьерная ионизация атомов в поле лазерного излучения/В.С.Попов// ЖЭТФ 2000. - Т. 118. - № 7. - С. 56-76.

72. Nagata Y. Soflt-x-гау amplification of the Lyman-a transition by optical-field-induced ionization/ Y.Nagata, K.Midorikawa, S.Kubodera, et al.// Phys. Rev. Lett. 1993.-V. 71.-P. 3774-3777.

73. Lemoff B.E. Demonstration of a 10-Hz Femtosecond-Pulse-Driven XUV Laser at 41.8 nm in Xe IX/ B.E.Lemoff, G.Y.Yin, C.L.Gordon III, C.P.J.Barty, S.E.Harris// Phys. Rev. Lett. 1995. - V. 74. - P. 1574-1577.

74. Sebban S. Saturated Amplification of a Collisionally Pumped Optical-Field-Ionization Soft X-Ray Laser at 41.8 nm/ S.Sebban, R.Haroutunian, Ph.Balcou, et al.// Phys. Rev. Lett. 1996. - V. 86. - P. 3004-3007.

75. Butler A. Demonstration of a Collisionally Excited Optical-Field-Ionization XUV Laser Driven in a Plasma Waveguide/ A.Butler, A.J.Gonsalves,

76. C.M.McKenna, D.J.Spence, S.M.Hooker, S.Sebban, T.Mocek, I.Bettaibi, B.Cros// Phys. Rev. Lett. 2003. - V. 91. - P. 205001-1 - 205001-4.

77. Hooker S.M. Femtosecond-pulse-driven electron-excited extreme-ultraviolet lasers in Be-like ions/ S.M.Hooker, S.E.Harris// Opt. Lett. 1995. - V. 20. - P. 1994-1996.

78. Duguay M.A. Spontaneous Appearance of Picosecond Pulses in Ruby and Nd: Glass Lasers/M.A.Duguay, S.L.Shapiro, P.M.Rentzepis// Phys. Rev. Lett. -1967.-V. 19.-P. 1014-1016;

79. Mihalas D. Stellar Atmospheres/ D.Mihalas// San Francisco: W. H. Freeman 1978. - 632 P.

80. Amusia M.Ya. Photoionization of inner-shells/ M.Ya.Amusia, V.K.Ivanov, V.A.Kupchenko// J.Phys. В.- 1981.- V. 14. № 21. - P. L667-L671.

81. Armstrong L. Jr., Photoionization cross-sections using the multiconfiguration Hartree-Fock and its extensions/ L.Armstrong, Jr., W.R.FieIder, Jr.// Phys. Scripta 1980. - V. 21. - № 3. - P. 457-462.

82. Henry R.J.W. Multichanel photo-ionization of atomic systems/ R.J.W.Henry, L.Lipsky//Phys. Rev. 1967.-V. 153. - № 1.-P. 51-56.

83. Schroeder W.A. An efficient, selective collisional ejection mechanism for inner-shell population inversion in laser-driven plasmas/ W.A.Schroeder, T.R.Nelson, A.B.Borisov, et al.// J.Phys. В.: At. Mol. Opt. Phys. 2001. - V. 34.-№2.-P. 297-319.

84. Moon S.J. Advances toward inner-shell photo-ionization x-ray lasing at 45 А/ S.J.Moon, F.A.Weber, P.M.Celliers, D.C.Eder// AIP Conf. Proc. 2002. - V. 641 (l).-P. 341-348.

85. Moribayashi K. Ultrafast x-ray processes with hollow atoms/ K.Moribayashi, A.Sasaki, T.Tajima// Phys. Rev. A 1997. - V. 58. -P. 20072015.

86. Moon S.J. Theoretical investigation of an ultrashort-pulse coherent x-ray source at 45 А/ S.J.Moon, D.C.Eder// Phys. Rev. A 1998. - V. 57. -P. 13911394.

87. Kim D. Population inversion between atomic inner-shell vacancy states created by electron-impact ionization and Coster-Kronig decay/ D.Kim, C.Toth, C.P.J.Barty/ Phys. Rev. A 1999. - V. 59.-P. R4129-R4132.

88. Nilsen J. Lasing on the self-photopumped nickel-like 4f !Pi 4d !Pi X-ray transition/ J.Nilsen, J.Dunn, A.L.Osterheld, Y.Li// Phys. Rev. A - 1999. - V. 60. - № 4. - P. R2677-R2680.

89. Rose S.J. The non-LTE excitation/ionization code GALAXY/ S.J.Rose// J.Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 1998. - V. 31. - P. 2129-2144.

90. Бойко В.А. Измерение интенсивностей излучения лазерной плазмы в области длин волн 2. 10 А и определение электронной температуры для мишеней с зарядами ядер Z=12.23/ В.А.Бойко, О.Н.Крохин, С.А.Пикуз,

91. A.Я.Фаенов// Квантовая электроника 1974. - Т. 1. - № 10. - С. 2178-2184.

92. Аглицкий Е.В. Наблюдение в лазерной плазме и идентификация диэлектронных сателлитов спектральных линий водородо- и гелиеподобных ионов элементов в интервале Na . V/ Е.В.Аглицкий,

93. B.А.Бойко, С.М.Захаров, С.А.Пикуз, А.Я.Фаенов// Квантовая электроника 1974. - Т. 1. - № 4. - С. 908-936.

94. Пресняков Л.П. Рентгеновская спектроскопия высокотемпературной плазмы/ Л.П.Пресняков// УФН 1976. - Т. 119. - № 5. - С. 49-73.

95. Виноградов А.В. Элементарные процессы и рентгеновские спектры многозарядных ионов в плотной высокотемпературной плазме/ А.В.Виноградов, И.Ю.Скобелев, Е.А.Юков// УФН 1979. - Т. 129. - № 10. -С. 177-209.

96. Boiko V.A. The determination of laser plasma electron density by К spectra of multicharged ions/ V.A.Boiko, S.A.Pikuz, A.Ya.Faenov// J.Phys.B.: At. Mol. Opt. Phys.- 1979.-V. 12.-P. 1889.-1910.

97. Крохин O.H. Генерация нейтронов в лазерной СОг-плазме, нагреваемой импульсами наносекундной длительности/ О.Н.Крохин, Г.В.Склизков// Письма в ЖЭТФ 1971. - Т. 13. - № 6. - С. 691-694.

98. Андреев А.А. Вылет в вакуум быстрых электронов, генерируемых при наклонном падении ультракороткого интенсивного лазерного импульса на твердую мишень/ А.А.Андреев, И.А.Литвиненко, К.Ю.Платонов// ЖЭТФ 1999. - Т. 116. - № 10.-С. 1184-1197.

99. Добош С. Наблюдение ионов с энергиями свыше 100 кэВ, образующихся при взаимодействии 60 фс лазерного импульса с кластерами/ С.Добош, М.Шмидт, М.Пердрикс и др.// ЖЭТФ 1999. - Т. 115.-№6.-С. 2051-2066.

100. Мотылев С.Л. Экспериментальное исследование спонтанных магнитных полей в лазерной плазме/ С.Л.Мотылев, П.П.Пашинин// Квантовая электроника 1978. - Т. 5. - № 6. - С. 1230-1236.

101. Андреев Н.Е. О генерации третьей гармоники в ионизующемся газе и ее связи с остаточной энергией электронов/ Н.Е.Андреев, М.Е.Вейсман, М.В.Чеготов// ЖЭТФ 2003. - Т. 124. - № 9. - С. 612-624.

102. Силин В.П. О влиянии возбужденных состояний атомов на генерацию гармоник в фотоионизованной плазме/ В.П.Силин// ЖЭТФ 2002. - Т. 121.-№2.-С. 291-298.

103. Андреев Н.Е. Ионизационная фокусировка короткого интенсивного лазерного импульса и генерация кильватерных плазменных волн/ Н.Е.Андреев, М.В.Чеготов, А.А.Погосова// ЖЭТФ 2003. - Т. 123. - № 5. -С. 1006-1018.

104. Басов Н.Г. Мощная лазерная установка и исследование эффективности высокотемпературного нагрева плазмы/ Н.Г.Басов, О.Н.Крохин, Г.В.Склизков, С.И.Федотов, А.С.Шикалов// ЖЭТФ 1972. -Т. 62.-№ 1.-С. 203-212.

105. Монслер М.Дж. Обзор проектов реакторов инерциального термоядерного синтеза/ М.Дж.Монслер, Дж.Ховинг, Д.Л.Кук, Т.Г.Франк, Г.А.Мозес// Квантовая электроника 1983. - Т. 10. - № 11. - С. 2166-2228.

106. Ceglio N.M. Spatially Resolved alpha Emission from Laser Fusion Targets/ N.M.Ceglio, L.W.Coleman// Phys. Rev. Lett. 1977. - V. 39. - P.20-24.

107. Attwood D.T. Time-Resolved X-Ray Spectral Studies of Laser-Compressed Targets/ D.T.Attwood, L.W.Coleman, J.T.Larsen, E.K.Storm// Phys. Rev. Lett. 1967. - V. 37. - P. 499-502.

108. Скобелев И.Ю. Рентгеноспектральная диагностика плазмы, создаваемой при взаимодействии фемтосекундных лазерных импульсов с кластерной мишенью/ И.Ю. Скобелев, А.Я.Фаенов, А.И.Магунов и др.// ЖЭТФ 2002. - Т. 121. - № 5. - С. 1124-1138.

109. Виноградов А.В. Ионизация и разлет многозарядной лазерной плазмы/ А.В.Виноградов, В.Н.Шляпцев// Квантовая электроника 1983. -Т. 10. - № 3. - С. 509-523.

110. Андреев А.А. Генерация жесткого рентгеновского излучения и быстрых частиц мультитераватными лазерными импульсами/ А.А.Андреев, В.Е.Яшин, А.В.Чарухчев// УФН 1999. - Т. 169. - № 1. - С. 72-78.

111. Гуськов С.Ю. Перенос энергии заряженными частицами в лазерной плазме/ С.Ю.Гуськов, О.Н.Крохин, В.Б.Розанов// Квантовая электроника -1974.-Т. 1. № 7. - С. 1617-1623.

112. Решетняк С.А. К кинетике образования многозарядных ионов/ С.А.Решетняк, Л.А.Шелепин// Квантовая электроника 1974. - Т. 1. - №8. -С. 1752-1759.3 2 1

113. ИЗ. Boiko V.A. The observation of intercombination lines ls3p Pi Is So of multicharged He-like ions in laser-produced plasmas/ V A Boiko, A Ya Faenov,

114. S A Pikuz, I Yu Skobelev, A V Vinogradov and E A Yukov// J.Phys. В.: At. Mol. Opt. Phys. 1977. - V. 10. - P. 3387-3394.

115. Аглицкий E.B. Идентификация спектров содержащихся в лазерной плазме литиеподобных ионов Ti, V, Сг в диапазоне 8,5 . 17 А/ Е.В.Аглицкий, В.А.Бойко, С.А.Пикуз, А.Я.Фаенов// Квантовая электроника- 1974.-Т. 1.-№8.-С. 1731-1741.

116. Аглицкий Е.В. Наблюдение в лазерной плазме ионов с зарядом «30.50/ Е.В.Аглицкий, В.А.Бойко, О.Н.Крохин и др.// Квантовая электроника 1974. - Т. 1. - № 9. - С. 2067-2069.

117. Салахов М.Х. Закономерности для штарковских ширин спектральных линий однократно ионизованного алюминия/ М.Х.Салахов// Опт. и спектр. 1996.-Т. 81. - № 1. - С. 33-37.

118. Сарандаев Е.В. Спектрометрическая установка с капиллярным источником света для исследования штарковского уширения спектральных линий/ Е.В.Сарандаев, М.Х.Салахов, И.С.Фишман// ЖПС 1988. - Т. 48. -№ 3. - С. 513-516.

119. Салахов М.Х. Математическая обработка и интерпретация спектроскопического эксперимента/ М.Х.Салахов, С.С.Харинцев// Казань: Физфак КГУ 2001. - 238 С.

120. Салахов М.Х. Новый подход к поиску закономерностей штарковских параметров уширения и сдвига спектральных линий атомов и ионов/ М.Х.Салахов, Е.В.Сарандаев, И.С.Фишман// Опт. спектр. 1991.-Т. 71. -№6.-С. 882-887.

121. Салахов М.Х. Параметры штарковского уширения линий нейтрального свинца и однократно ионизованной меди/ М.Х.Салахов,

122. E.В.Сарандаев// Опт. спектр. 1989. - Т. 66. - № 2. - С. 463-465.

123. Fishman I.S. Spectroscopic diagnostics of a strongly inhomogeneous optically thick plasma (pts.l and 2)/ I.S.Fishman, G.G.Il'in, M.Kh.Salakhov// Spectrochim. Acta Pt. В 1995. - V. 50. - P. 947-959, 1165-1178.

124. Fishman I.S. Temperature determination of an optically thick plasma from self-reversed spectral lines/ I.S.Fishman, G.G.Il'in, M.Kh.Salakhov// J.Phys. D.: Appl. Phys. 1987. - V. 20. - 728-740.

125. Konovalova O.A. Regularities in the Stark widths of spectral lines of ns-np and np-ns transitions for a series of neutral atoms/ O.A.Konovalova, M.Kh.Salakhov// JQSRT- 2000. V. 67.-P. 105-112.

126. Konovalova O.A. Regularities in the Stark parameters of spectral lines of neutral magnesium/ O.A.Konovalova, M.Kh.Salakhov// JQSRT 2000. - V. 64. -P. 41-46.

127. Веселов М.Г. Новые проблемы в теории атома/ М.Г.Веселов, Л.Н.Лабзовский// Л.: Изд-во ЛГУ 1978. - вып. 1. - С. 5-13.

128. Фейнман Р. Квантовая механика и интегралы по траекториям/ Р.Фейнман, А.Хиббс// М.: Мир 1968. - 382 С.

129. Schwinger J. Coulomb Green's function// J.Schwinger// J. Math. Phys. -1964.-V. 5.-P. 1606-1608.

130. Parpia F.A. Radiative decay rates of metastable one-electron atoms/

131. F.A.Parpia, W.R.Johnson// Phys. Rev. A 1982. - V. 26. - P. 1142-1145.

132. Rudzikas Z. Oscillator strengths and the accuracy of atomic wavefimctions/ Z.Rudzikas, M.Szulkin, I.Martinson// Phys. Scripta 1984. - V. 28. - № 2. - P. 141-144.

133. Юцис А.П. Математические основы теории атома/ А.П.Юцис, А.Ю.Савукианас// Вильнюс: Минтис 1973. - 480 С.

134. Froese-Fischer Ch. The Hartree-Fock Method for Atoms// Ch. Froese-Fischer// New York: John Wiley. 1977. - 308 P.

135. Drake G.W.F. Quantum electrodynamic effects in few-electron atomic systems/ G.W.F.Drake// Adv. Atom. Mol. Phys. N.Y.: Acad. Press - 1982. -V. 18.-399-460.

136. Бете Г. Квантовая механика атомов с одним и двумя электронами// Г.Бете, Э.Солпитер// М.: Физматгиз 1960. - 562 С.

137. Grant I.P. Relativistic calculations of atomic structure/ I.P.Grant// Advances in Atomic and Molecular Physics 1970. - V. 19. - P. 747-811.

138. Safronova U.I. Relativistic many-body calculations of energies of n=3 states for the boron isoelectronic sequence, Z=6-30// U. I. Safronova, W.R.Johnson, M.S.Safronova// At. Data Nucl. Data Tables 1998. - V. 69. - P. 183-215.

139. Каршенбойм С.Г. Поляризация вакуума в водородоподобном релятивистском атоме: сверхтонкая структура/ С.Г.Каршенбойм, В.Г.Иванов, В.М.Шабаев// ЖЭТФ 2000. - Т. 117. - № 1. - С. 67-74.

140. Каршенбойм С.Г. Поляризация вакуума в водородоподобном атоме: лэмбовский сдвиг/ С.Г.Каршенбойм// ЖЭТФ 1999. - Т. 116. - № 11. - С. 1575-1586.

141. Desiderio A.M. Lamb shift and binding energies of K-electrons in heavy atoms/ A.M.Desiderio, W.R.Johnson// Phys. Rev. A 1971. - V. 4. - P. 12671274.

142. Safronova U.I. Relativisitic calculations of transition probabilities in two-electron multicharge ions// U.I.Safronova, G.L.Klimchitskaya, L.N.Labzowsky// J. Phys. В.: At. Mol. Opt. Phys. 1974. -N. 2 - P. 2471-2475.

143. Safronova U.I. Relativisitic and radiative effects in He-like ions/ U.I.Safronova// Phys. Scr. 1981. - V. 23. - № 3. - P. 241-248.

144. Ivanov L.N. Relativistic calculation of the spectra of the two-electron atomic ions/ L.N.Ivanov, E.P.Ivanova, U.I.Safronova// JQSRT 1975. - V. 15. -P. 553-559.

145. Lindgren I. Atomic Many-Body Theory/ I.Lindgren, J.Morrison// Berlin: Springer 1982. - V. 13. - 469 P.

146. Никитин А.А. Основы теории спектров атомов и ионов/ А.А.Никитин, З.Б.Рудзикас// М.: Наука 1983. - 320 С.

147. Grant I.P. Breit interaction in multi-configuration relativistic atomic calculations/ I.P.Grant, N.C.Pyper// J. Phys. В.: At. Mol. Opt. Phys. 1976. - V. 9.-№5.-P. 761-774.

148. Mohr P.J. Lamb shift in a strong Coulomb potential/ P.J.Mohr// Phys. Rev. Lett.- 1975.-V. 34.-№ 16.-P. 1050-1052.

149. Scofield J.H. Exchange corrections of К X-ray emission rates/ J.H.Scofield// Phys. Rev. A 1974. - V. 9. - № 3. - P. 1041-1049.

150. Каразия Р.И. Выражения для средней энергии спектра излучения и фото возбуждения/ Р.И.Каразия, Й.Й.Грудзинскас// Лит. физ. сб. 1985. -Т. XXV.-№5.-С. 31-42.

151. Ерохин В.А. Вклад диаграмм экранированной собственной энергии в лэмбовский сдвиг основного состояния двухэлектронного многозарядного иона// В.А.Ерохин, В.М.Шабаев// ЖЭТФ 1996. - Т. 110. - № 7. - С. 74-94.

152. Елховский А.С. Поправка порядка к уровням энергии атома водорода/ Елховский А.С.// ЖЭТФ 1996. - Т. 110. - № 8. -С. 431-442.

153. Пальчиков В.Г. Спин-спиновое взаимодействие и смешивание lsns 3Sj lsn'd 3D, уровней гелия/ В.Г.Пальчиков, Г. Фон Оппен// ЖЭТФ - 1996. -Т. 110.-№9.-С. 876-881.

154. Гадомский О.Н. Атом позитрония в поле оптического лазера, радиационное смещение энергии и кинетика аннигиляционного распада/ О.Н.Гадомский// ЖЭТФ 1996. - Т. 110. - № 10. - С. 1228-1243.

155. Дзюба В.А. Применение эффективных операторов для расчета сверхтонкой структуры атомов/ В.А.Дзюба, М.Г.Козлов, С.Г.Порсев, В.В.Фламбаум// ЖЭТФ 1996. - Т. 114.-№ И.-С. 1636-1645.

156. Yakhontov V.L. Relativistic linear response wave function of the lowest nsi/2 states in hydrogen-like atoms. New analytic results./ V.L.Yakhontov// Can. J. Phys. 2002. - V. 80. - P. 1413-1422.

157. Yakhontov V.L. Nonvariational and nonadiabatic calculations on the hydrogen molecular ion and its ц" isotopes/ V.L.Yakhontov, M.Jungen// Can. J. Phys.-2002.-V. 80.-P. 1423-1432.

158. Гайнутдинов P.X. Подход к нерелятивистской теории рассеяния, основанный на принципах причинности, суперпозиции и унитарности/ Р.Х.Гайнутдинов// Ядерная Физика 1983. - Т. 33. - № 2. - С. 464-473.

159. Гайнутдинов Р.Х. Т-матричный формализм в теории многозарядных ионов/ Р.Х.Гайнутдинов// М.: В кн. «Спектроскопия многозарядных ионов» 1986. - С. 80-98.

160. Гайнутдинов Р.Х. Форма естественного уширения спектральных линий при перекрывании энергетических уровней атомных систем/ Р.Х.Гайнутдинов, М.Х.Салахов// / Опт. и спектр. 1987. - Т. 63. - № 3. - С. 470-476.

161. Гайнутдинов Р.Х. Фундаментальные физические принципы и релятивистская Т-матрица/ Р.Х.Гайнутдинов// Ядерная Физика 1987. -37.-№ 10.-С. 464-474.

162. Gainutdinov R.Kh. The decay and energy distribution of unstable bound states/ R.Kh.Gainutdinov// J. Phys. A: Math. Gen. 1989. - V. 22. - P. 269286.

163. Гайнутдинов Р.Х. Расщепление энергетических уровней многозарядных ионов, обусловленное взаимодействием с собственным полем излучения/ Р.Х.Гайнутдинов, К.К.Калашников// ЖЭТФ 1991. - Т. 100.-№ 1.-С. 133-144.

164. Лабзовский Л.Н. Естественная ширина и форма спектральных линий в релятивистской теории атома/ Л.Н.Лабзовский// ЖЭТФ 1983. - Т. 85. - С. 869-879.

165. Лабзовский J1.H. Квантово-электродинамическая теория контуров спектральных линий// Л.Н.Лабзовский, А.А.Султанаев// Опт. и спектр. -1986. Т. 60. - № з. с. 547-550.

166. Knecht М. Hadronic light-by-light corrections to the muon g-2: The pion-pole contribution/ M.Knecht, A.Nyffeler// Phys. Rev. D 2002. - V. 65. - P. 073034-1 -073034-17.

167. Djaoui A. Calculation of the time-dependent excitation and ionization in a laser-produced plasma/ A.Djaoui, S.J.Rose// J. Phys. В.: At. Mol. Opt. Phys. -1992. V. 25. - P. 2745-2762.

168. Woodgate G.K. Elementary Atomic Structure/ G.K.Woodgate// Oxford: Oxford University Press 1977. - 238 P.

169. Chen Francis F. Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion: Plasma Physics/ Francis F. Chen, F.F. Chen (Editor)// New York: Kluwer Academic 1984.-438 P.

170. Griem H.R. Principles of Plasma Spectroscopy/ H.R.Griem//Cambridge: Cambridge University Press 1997. - 386 P.

171. McWhirter R.W.P. Plasma Diagnostic Techniques/ R.W.P.McWhirter// New York: Academic Press 1965. - 201 P.

172. Howard J.S. Chemi-ionization in Collisions between Helium Metastable Atoms and Argon/ J.S.Howard, J.P.Riola, R.D.Rundel, R.F.Stebbings// Phys. Rev. Lett. 1972. - V. 29. - P. 321-324.

173. Christiansen J.P. MEDUSA: a one-dimensional laser fusion code/ J. P. Christiansen, D.E.T.F.Ashby, and К. V. Roberts// Сотр. Phys. Comm. 1974. -V. 7.-P. 271-287.

174. Rose S.J. The NIMP (Non-LTE Ionised Material Package) Code/ S.J.Rose// RAL-TR-97-020 1997. - 48 P.

175. Zel'dovich Ya.B. Physics of Shock Waves and High-Temperature Hydrodynamic Phenomena/ Ya.B.Zel'dovich, Yu.P.Raizer//New York: Dover Publications 2002. - 916 P.

176. Lee R.W. Electron density from time resolved stark profiles in ablation plasmas/ R.W.Lee, J.D.Kilkenny, R.L.Kauffman, D.L.Matthews// JQSRT -1984. -V. 31. P. 83-90.

177. Djaoui A. Calculation of the effects of velocity gradients and opacity on line transfer in laser-produced plasmas/ A.Djaoui, S.J.Rose, J.S.Wark// JQSRT -1994.-V. 52. -P. 531-544.

178. Wark J.S. Effect of velocity gradients on x-ray line transfer in laser-produced plasmas/ J.S.Wark, A.Djaoui, S.J.Rose, H.He, O.Renner, T.Missalla, E.Forster// Phys. Rev. Lett. 1994. - V. 72. - P. 1826-1829.

179. Кононов Э.Я. Инверсная населенность уровней многозарядных ионов/ Э.Я.Кононов, К.Н.Кошелев// Квантовая электроника 1974. - Т. 1. - № 11. -С. 2411-2416.

180. Boehly Т. Demonstration of a narrow-divergence x-ray laser in neonlike titanium/ T.Boehly, M.Russoto, R.S.Craxton, et al.// Phys. Rev. A 1990. - V. 42. - P. 6962-6965.

181. Nilsen J. Prepulse technique for producing low-Z Ne-like x-ray lasers/ J.Nilsen, B.J.MacGowan, L.B.DaSilva, J.C.Moreno// Phys. Rev. A 1993. - V. 48. - P. 4682-4685.

182. Kodama R. Generation of Small-Divergence Soft X-Ray Laser by Plasma Waveguiding with a Curved Target/ R.Kodama, D.Neely, H.Diado, et al.// Phys. Rev. Lett. 1994. - V. 73. - P. 3215-3218.

183. Nantel M. Spectroscopic characterization of prepulsed x-ray laser plasmas/ M.Nantel, A.Klisnick, G.Jamelot, et al.// Phys. Rev. E 1996. - V. 54. - P. 2852-2862.

184. Li Y. Spatial position of prepulse induced J=0—>1, 3p-3s lasing in low-Z neonlike ions/ Y.Li, G.Pretzler, E.E.Fill// Phys. Rev. A 1995. - V. 51. - P. R4341-R4344.

185. Беляев B.C. О роли предымпульса при нагреве твердотельных мишеней мощным пикосекундным лазерным импульсом/ В.С.Беляев,

186. В.И.Виноградов, А.С.Курилов и др.// ЖЭТФ 2003. - Т. 123. - № 5. - С. 1019-1026.

187. Гаспарян П.Д. Проблема угловой расходимости и пространственной когерентности излучения рентгеновского лазера/ П.Д.Гаспарян, Ф.А.Стариков, А.Н.Старостин// УФН 1998. - Т. 168. - № 8. - С. 843-876.

188. Список авторской литературы

189. Al'Miev I.R. Simulations of a Photopumped X-Ray Laser using the H-like CI Li-like Se Scheme/ I.R.Al'Miev, X.Lu, S.J.Rose, J.Zhang, J.S.Wark// JQSRT - 2004. - V.83. - P. 203-213.

190. Gouveia A. Absorption of A1XIII Ly-a radiation by FeXXIV plasma/ A.Gouveia, I.R. Al'Miev, J.Hawreliak, D.M.Chambers, T.Liang, R.Marjoribanks, P.A.Pinto, O.Renner, J.Zhang, J.Wark// JQSRT 2003. - V. 81 -P. 199-207.

191. Gouveia A. Absorption spectroscopy of A1 Ly-a radiation by Fe plasma/ A.Gouveia, I.R.Al'Miev, J.Hawreliak, D.M.Chambers, T.Liang, R.Marjoribanks, P.A.Pinto, O.Renner, J.Zhang, J.Wark// Rutherford Appleton Laboratory, CLF Ann. Rep. 2001-2002. P. 43-44.

192. Al'Miev I.R. Simulations of А1 XIII Fe XXIV X-ray laser photopumping scheme/ I.R.Al'Miev, S.J.Rose, J.S.Wark// JQSRT - 2001. - V. 71 - P. 129138.

193. Al'Miev I.R. Further simulations of the gain in KXIX/C1XVII resonantly photopumped X-ray Laser/ I.R.Al'Miev, S.J.Rose, J.S.Wark// JQSRT 2001. V. 70.-P. 11-24.

194. Al'Miev I.R. Modelling of Photopumped X-ray Lasers/ I.R.Al'Miev, S.J.Rose, J.S.Wark, P.Sondhauss, A.Gouveia, P.D.S.Burnett, D.Chambers// X-ray Laser Forum Proceedings, Ed. M.Notley, Rutherford Appleton Laboratory -2001.- 13 P.

195. Sondhauss P. Extension of the code suite FLY to a multi-cell postprocessor for hydrodynamic plasma simulation codes/ P.Sondhauss, S.Rose, R.W.Lee, I.R.Al'Miev, J.S.Wark// JQSRT-2001.-V. 71.-P. 721-728.

196. Al'Miev I.R. Testing QED: natural broadening of spectral lines/ I.R.Al'Miev, R.Kh.Gainutdinov// Proc. SPIE 1997. - V. 3239. - P. 267-272.

197. Al'Miev I.R. QED phenomena in highly ionized atoms/ I.R.Al'Miev, R.Kh.Gainutdinov// Proc. SPIE 1997. - V. 3239. - P. 261-266.