Скоростная диагностика горячей плазмы в инфракрасной области спектра тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

ВВВДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

§ 1.1. Основные стадии разряда.

§ 1.2. Приемники инфракрасного излучения.

§ 1.3. Диагностика инфракрасного излучения

§ 1.4. Фазовые и амплитудные изменения электромагнитного излучения при прохождении через плазму.

§ 1.5. Характеристики интерферометрической методики.

§ 1.6. Визуализация интерферограмм с помощью эффекта ап-конверсии.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА.

§ 2.1. Описание установки "Плазменный фокус".

§ 2.2. Приемники инфракрасного излучения.

§ 2.3. Оптическая система для исследования плазменных шумов.

§ 2.3. Измерительная аппаратура.

§ 2.5. Оптическая схема временной интерферометрии

§ 2.6. Регистрирующая аппаратура.

§ 2.7. Оптическая схема интерферометра с визуализацией на "ал-конверторе".

ГЛАВА 3. ИНТЕРФЕРШЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДИКИ НА

ОСНОВЕ С02-ЛАЭЕРА.

§ 3.1. Временная методика.

§ 3.2. Интерферометр с "ал-конвертором".

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

§ 4.1• Экспериментальные данные по инфракрасному излучению.

§ 4,2. Методика расчета ИК сигнала.

ГЛАВА 5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

§ 5.1. Инфракрасное излучение плазменного фокуса.

§ 5,2. Плазменные механизмы генерации электромагнитного излучения в плазменном фокусе.

ВЫВОДЫ:

1. Разработанный многоцелевой ИК-комплекс может быть использован для исследования горячей нестационарной плазмы, получаемой на широком круге термоядерных установок.

2. Надтепловое излучение ПФ свидетельствует о наличии мощных электронных потоков в ПФ, турбулизутощих плазму вблизи анода камеры ПФ, причем степень турбулизации связана с нейтронным выходом установки.

3, Зафиксированный в работе уровень ленгмюровской турбулентности при условии справедливости предложенных механизмов генерации надтеплового ИК излучения не может объяснить наблюдаемую в ПФ аномально быструю релаксацию мощных электронных потоков, наблюдаемую в этой установке. Для объяснения данного эффекта необходимо расширение диапазона исследуемого Ж излучения, ПФ и применение фарадеевской методики исследования магнитных полей в плазме ПФ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Краткая характеристика полученных в настоящей работе результатов и выводы

1. Разработан и создан многоцелевой диагностический комплекс, предназначенный для исследования нестационарной горячей плотной плазмы в ближнем ИК диапазоне длин волн, включающий в себя: а) двухканальную методику регистрации собственного э/м излучения плазмы в диапазоне длин волн 2-15 мкм с временным разрешением 1,7 не, спектральным разрешением 0,5-3 мкм, пространственным разрешением ~ I ш и чувствительностью 2 Б/Вт; б) интерферометрическую методику в режиме непрерывной щелевой развертки с временным разрешением 1,7 не, пространственным разрешением ~ 100 мкм и чувствительностью Ле^-см"2 на длине волны =10,6 мкм (одномодовый С02-лазер непрерывного действия); в) импульсную кадровую интерферометрическую методику на основе ап-конверсии в видимую область спектра на основе импульсного С02-лазера и лазера на неодимовом стекле, позволяющую получать двумерные интерыерограммы плазменных объектов размером

1*2 см на длине волны 10,6 мкм с временным разрешением 2 не и пространственным разрешением 10

2. Проведены абсолютные и временные калибровочные измерения, а также исследованы характеристики контрастности интерферометри-ческих методик.

3. Проведены модельные эксперименты, показавшие работоспособность данных методик в условиях современного термоядерного эксперимента.

4. Проведен комплекс мероприятий, позволяющих использовать данные методики на установках с высоким уровнем электромагнитных, оптических и радиационных помех.

5. С помощью данной системы изучены процессы, протекающие в плазменном фокусе в режиме с двумя сжатиями. Изучены спектральные и абсолютные характеристики э/м излучения ПФ в ближнем ИК диапазоне длин волн с временным разрешением 1,7 не и пространственным

I мм. Показано, что спектр излучения ПФ в этой области имеет два характерных пика на кратных частотах (5 и 10 мкм), а амплитуда сигнала - два максимума, причем абсолютное значение ИК излучения значительно превышает тепловой уровень излучения плазмы ПФ.

6. Установлена корреляция нейтронного выхода ПФ с относительной интенсивностью первой и второй гармоник ИК излучения.

7. Проведена интерпретация полученных данных, в результате которой показано, что надтепловое излучение ПФ в ближней ИК области спектра связано с генерацией в плазме мощными электронными потоками, возникающими в ПФ на определенной стадии разряда, развитой ленгмюровской турбулентности. Установлены механизмы генерации надтеплового ИК излучения в области первой и второй гармоник плазменной частоты.

1. Ш Международная школа по нейтронной физике, Алушта 19-30 апреля 1978 г., ОИЯИ ЗД-П787, Дубна, 1978.

2. В.А.Грибков, Н^В.Филиппов. "История развития и последние достижения в исследованиях по плазменному фокусу". Препринт ФИАН № 94, 1979.

3. Н.В.Филшшов, Т.И.Филиппова. "Плазменный фокус как импульсный источник нейтронов реакций синтеза". В сб."Нейтронная физика", Киев, "Наукова думка", ч.2, стр.194-200, 1972.

4. А ¿еыа-сс/, /?Се<эМ «г*. ^¿Г „5. "Методы исследования плазмы", под ред.В.Лохте-Хольтгре-на, Мир, Москва, 1971.6. "Диагностика плазмы", под ред.С.Ю.Лукьянова, Атомиздат, Москва, 1973.

5. Дж.Бекефи "Радиационные процессы в плазме", Мир, М.,1971.

6. Дж.Даусон "Излучение плазмы" в сб. "Физика высокотемпературной плазмы", стр.3-76, Мир, М., 1972.

7. С.И.Брагинский, В.В.Вихрев. "Токовая оболочка в мощном импульсном разряде". Препринт ИАЭ-2442, М., 1974.

8. Н.В .Филиппов, Т.И.Филиппова, В.И.Агафонов. "Экспериментальное и теоретическое исследование пинчевого разряда типа1. Плазменный фокус". /^¿^¿Г

9. УА£А , Уее^еГ, V ^ /?/> 6~?3 #00,

10. В.В.Вихрев. "Согласование разрядного контура с движением оболочки в нецилиндрическом £ -пинче". ПМТФ, 2, 160, 1973.

11. С.В.Базденков, В.В.Вихрев. "Трехжидкостная МГД-модель токовой оболочки в Н -пинче". Физика плазмы, I, 451, 1975.

12. С.И.Ананин, В.В.Вихрев, Н.В.Филиппов. "О структуре токовой оболочки в ЛГ-пинче". Физика плазмы, 4, 315, 1978.17. "Длинноволновая инфракрасная спектроскопия", под ред. Мурзина, Мир, М., 1966.

13. Р.Хадсон. "Инфракрасные системы". Мир, М., 1972.

14. У. А/ее&е^ с?/?^ с Л^^е^^ ЗресТгюзсо^ Г" ^с^я с/«г е/ъ г? ^ ^-¿н-жб

15. Р^З^я" ¿Г^ ¿¿¡/О V- ^^ Л^/^ /эр ГГ9* У??*у //V22."Полупроводниковые фотоприемники и преобразователи излучения" под ред.А.Н.Фримера, Мир, М., 1965.

16. Н.И.Астафьев, М.И.Барнин, Б.Л.Беглов. "Фотоударная ионизация примесных центров в германии". Физика и техника полупроводников, т.4, № 8, стр.1450, 1970.24. г/ Щ ^т ¿ея&егСс^ -¿Л* е^е^еX25. /г. 7с- МгъзЛ&ГС^Лг??** •/¿гас**? с^з, V ,11 ^ схС ^1. Со»*

17. С С4<*> в /^•(Рггоаи&Л' ¿ЯЗсо/Ц*-яъ&р^еа* V. /?> />. ^

18. А.А.Калмыков. "Импульсные плазменные ускорители" в сб.

19. Физика и применение плазменных ускорителей", Наука и техника, Минск, 1974.29. Л. и, А¿Ы^соГ^v V*, /о. /¿¿>8-/4*8, /973?

20. Б.Н.Цытович. "Теория турбулентной плазмы", Атомиздат,1. М., 1971.

21. Б.Л.Гинзбург. "Распространение электромагнитных волн в плазме", М., 1967.32. /?. /? /CAete» ct^ef^A CAt&sifj,, ct/i cz&y^eS ^ оле é'cz-s&t

22. Л.Спитцер, Физика полностью ионизованного газа, Изд-во иностр.лит., 1957.

23. Н.Г.Басов, В.А.Бойко и др. "Методика скоростных интер-ферометрических измерений распределения плотности в лазерной плазме". Препринт ФИАН № 79, 1970.

24. В.Я.Никулин. "Лазерные методы диагностики и исследование плазменных процессов, обусловленных током и пучком". Кандидатская диссертация, Москва, 1980 г.

25. P-é&S/néZS ¿¿s fy ttc&if ъЛоЪе^е J^nese Уас,*/**?^^^^"*, ****

26. Ю.A.Быковский, В.А.Грибков, М.В.Гришин, С.А.Исаков, О.Н.Крохин. "Методика лазерной интерферометрии в Ж области спектра с высоким временным разрешением". Краткие сообщения по физике8, стр.17-21, 1983.

27. J.VC -cy>/>ie /»raS^t^^t ^о/ SиътЪсе ¿¿sto* ¿¿о* Offres Те е/> /о^Г-г^О^ У9?8

28. В.А.Грибков и др. "Интерферометрия осесимметричных конфигураций плазмы". Квантовая электроника № 6, стр.60-68, 1971.

29. А.С.Дувовик. "Фотографическая регистрация бнстропротека-гацих процессов", "Наука", Москва, 1964.42. А. оГгегй- Рагёш1. Щ, ¿¡г-х ** * '

30. А.К.Воронин, В.С.Стрижевский. "Параметрическое преобразование инфракрасного излучения с повышением частоты и его применение". УФН, 127, I, 1979, 99 стр.

31. С.А.Андреев, И.Н.Матвеев и др. "Параметрическое преобразование ИК излучения в кристалле Квантовая электроника, 4, № 3, 1977, стр.657.

32. Э.С.Воронин, Н.И.Давлеев и др. "Инфракрасная голография методами нелинейной оптики". Письма ЖЭТФ, 1969, т.10, стр.172.

33. Б.А.Грибков, В.М.Коржавин, В.А.Курбатов. "Методика исследования инфракрасного излучения плазменного фокуса". Препринт ФИАН, £ 125, М., 1978.wave: юъо/эе ttteS or*peaces" Ту ¿пгемег&оя-^ со* fс e> £>/> p.

34. А.П.Болтаев и др. "Высокочастотная модуляция 10-микронного излучения с помощью эффекта нагревания носителей электрическим полем в германии р-типа". Физика и техника полупроводников, 7, стр.135, 1973.

35. В.А.Грибков, О.Н.Крохин и др. "Экспериментальное исследование взаимодействия мощного излучения лазера на неодимовом стекле с плазмой плазменного фокуса". Труды ФИАН* 85, 193, 1976.

36. В.В.Вихрев, В.М.Коржавин. "Магнитотормозное излучение в ¿^-пинче". Физика плазмы I, 458, 1975.

37. В.А.Веретенников, В.А.Грибков и др. "Экспериментальное исследование кумулятивных явлений в плазменном фокусе и лазерной плазмы". Доклад на 1У Всесоюзной конференции по плазменным ускорителям, М., 1978.

38. В.А.Грибков и др. "Экспериментальные исследования процессов образования РЭП в плазменном фокусе, его динамики и взаимодействия с плоской мишенью". Физика плазмы, 4, вып.5, 1978, стр.4056.

39. В.А.Грибков, А.В.Дубровский и др. "Динамика плазмы "Плазменного фокуса" и исследование влияния на нее мощного лазерного излучения". Труды ФИАН, 127, 32, 1980.

40. С.А.Каплан и др. "Физика плазмы солнечной атмосферы", М., "Наука", 1977.

41. С.А.Каплан, В.Н.Цытович, Плазменная астрофизика, М., "Наука", 1972.

42. К.Б.Комилов и др. "Нелинейные сдвиги частот изотропных колебаний и потоки энергии ленгмюровской турбулентности". Физика плазмы, т.4, № 6, стр.1302-1311, 1978.

43. В.А.Грибков, С.А.Исаков, А.Б.Романов. "О гармониках над-теплового Ж излучения плазменного фокуса". Краткие сообщения по физике № Ц,.стр. 53-£)Ь, 1964