Влияние энергетических, пространственно-временных и спектральных характеристик мощного лазерного импульса на поглощение и рассеяние излучения в плазме тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи УДК 535.621.373.8

Кфа Владимир Наумович

ЦШЯШЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ, ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРШЕННЫХ' И СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МОЩНОГО ЛАЗЕРНОГО ИМПУЛЬСА НА ПОГЛОЩЕНИЕ И РАССЕЯНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ Б ПЛАЗМЕ

Специальность 01.04.08.- флзкса и химля плазмы

Автореферат диссертации на соискание учбной стопеьи кандидата физико-математических наук

Москва "- 1994

Р!'отт выполнена в" Троицком институте инновационных и термоядер

них исследований..

Научныэ руководители: - доктор физико-математических наук

профессор Н.Г.Ковэльский

- кандидат физико-математических наук в.н.с. В.В.Александров

Официальные оппоненты: - доктор физико-математических наук

профессор А.Н.Старостин

- кандидат физико-математических наук А.В.Килышо

Ведущая организация: ВНИИЭФА, С-ПО. ,

1994г.

Защита состоится "С Л« сиерыс. 1994г. в ГО чысов

на заседании Специализированного Совета К.063.91.09 Московского физико-технического института по адресу:

г»

Москва, ул. Профсоюзная, д. 84/32, корп. В-2.

Отзывы отправлять по адресу: 141700, Московская область,

I'.Долгопрудный, Институтский пер., д.9, МФТИ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МФТИ

Автореферат разослан 1994г.

Ученый секретарь Специализированного Совета

кандидат физико-математических наук Н.П.Чубинский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАбОТЫ.-

Актуальность темы и цель работы. Реализация управляемого

*-- »

термоядерного синтеза ( УТС ) является одной из важнейших научно-технических проблем современности. Работы в этом направлении ведутся более 40 лет. Исторически первыми были начаты работы связанные с магнитным удержанием и термоизоляцией высокотемпературной плазмы. О появлением лазеров и генераторов пучков заряженных частиц бурнее развитие получило альтернативное направление -инерциальный термоядерный ейнтез (ИТС) - подведение к термоядерной мишени энергии за'времена, меньшие, чем время еЭ икерциаль-ного. разлета. Развитие работ по программе лазерного термоядерного синтеза (ЛТС) шло'по трбм направлениям: разработка,, создание и усовершенствование мощных лазерных систем; экспериментальные исследования физических процессов, .протекающих при. рзаим^действии лазерного излучения с мишенями и расчетно-теоретические исследования по оптимизации термоядерного поджига. В соответствии ■ с современны].™ представлениями наиболее .перспективным лгляэтея использование многослойтшх оболочеччых мишенеТ*. Для сжатия и нагрорания таких мишеней диаметром ^ 1мм оптимальным является их облучение лазерным импульсом нанос.екундного диапазона ( 5-10 не, А. $ 0,5 мкм ) относительно презтой формы. Плотность потока нл

поверхности мишени при этом должна составлять ~1О14 - 1015 о

Вт/см , а требуемая для положительного энергетического выхода энергия лазерного импульса лежит в районе 1-10 МДж.

В настоящее время исследуются две схемы облучения мишеней:

Прямое облучение - энергия и? зоны поглощения в окружающей мишень плазменной короне доставляется на поверхность твйрдой фазы (аблятора? за счбт электронной теплопроводности. В результате абляции вещества с поверхности ядро мишени сжимается, температу-

ра Д-Т смеси вблизи центра резко- возрастает и осуществляется зажигание термоядерной реакции.

Непрямое облучение - энергия лазерного излучения трансформируется в рентгеновское излучение плазмы из элементов с высоким Ъ, которое воздействует на термоядерную мишень с Д-Т топливом.

Основу современного подхода к ЛТС составляют следующие физические процессы:

1.Поглощение лазерного излучения в плазменной короне ( в случае непрямого облунения- - трансформация в рентгеновское излу- . чёние ).

2.Теплопередача из зоны поглощения к твёрдой ( абляционной ) поверхности.

3.Устойчивое ускорение оболочек с.достаточно высоким гидродинамическим КПД.-

• 4.Осуществление эффективного поджига сжатого термоядерного топлива. ■

Перечисленные вопросы интенсивно изучались и изучаются. От ' них в конечном итоге гависят и конструкции мишеней и минимальная необходимая эноргия лазеркой систе«ш, и выбор оптимальной схемы облученмя .'•.•'

Целью данной диссертационной работы является исследовагае первого кз перечисленных вопросов, который можно сформулировать несколько шире - взаимодействие мощного лазерного излучения с плазменной короной, образующейся у поверхности облучаемой мишени. Большинство накопленных экспериментальных дашшх по многообразию физических процессов, протекающих в плазменной короне имеег разрозненный характер, они получены в различных экспериментальных условиях и зачастую трудно сопоставимы и противоречивы. Вместе с тям, только глубокое понимание этих процессов позволит подойти к

решению вопросов важных и для ЛТС, и для целого ряда прикладных задач (материаловедение, развитие новых технологий, биология, . радиоэлектроника). Вполне очевидно, что для решения каждой из вышеперечисленных задач требуется создание плазмы с определенными, строго заданнными параметрами и умение контролировать и управлять протекаквдими в ней процессами. Исходя из этого, задачи настоящей работы были сформулированы следующим образом:

провести комплексное исследование влияния энергетических, пространственно-временных и спектральных характеристик мощного4 лазерного импульса на поглощение и рассеяние излу:эния в плазмен-, ной короне при плотностях светового потока от Ю12Вт/см2 до 5»Ю14Вт/см2, представляющих наибольший интерес для перечисленных задач.

ВсЗ вышесказанное не оставляет сомнений в актуальности таких исследований.

Нуучная новизна исследований, результаты которых изложены в диссертации, состоит в том. что:

I.Получены экспериментальные данные, позволяющие установить диапазоны параметров лазерного излучения и условий облучения различных мишеней, при которых в плазменной короне проявляются нелинейные механизмы поглощения и рассеяния;

2.Обнаружена корреляция между развитием в плазменной корсне двухплазмонной параметрической распадной неустойчивости и генерацией быстрых электронов, ответственных за жЭсткую компоненту в

спектре рентгеновского излучения плазмы.

О

3.Предложен и реализован новый метод изучения эволюции плазменной короны из анализа изменений во времени контура спектральной линии гармоники 3/2«.

4.Подробно исследованы механизмы приво/ 'цие к изменению спек-

тральных и когерентных свойств отражаемого плазмой излучения. Практическая ценно.сть. Лазерная плазма представляет собой уникальный по мощности источник рентгеновского и нейтронного излучения, который необходим для проведения работ по развитию новых диагностических методов, рентгеновской фотолитографии и реализации лазерного эффекта в рентгеновском диапазоне длин волн. Полученные данные, позволяют:

- определить оптимальные параметры лазерного излучения и мишеней для задач ЛТС. .

- предложить использование плазменного зеркала в лазерных системах следующего поколения.для исследований по программе ЛТС.

- создать импульсные лазерно-плазменные источники мягкого рентгеновского излучения для ряда научно-технических задач, прикладного характера.

На защит;' выносятся следующие положения:

1.Создан комплекс лазерных систем на неодимовом стекле ( си-• ликатном и фосфатном), обеспечивающих высокое качество светового пучка и позволяющих проводить исследования в достаточно широком диапазоне изменения параметров лазерного импульса

( Тшп=3-5 к-, \ ~ 0,5 - 1 мкм, Л\ ~ 0,1-100 А, 1~ Ю13-Ю15Вт/см2 ). '

2.Настроена, прокалибрована и частично разработана аппаратура диагностического комплекса, позволяющая проводить измерение параметров греющего лазерного импульса и характеристик плот-

• ной высокотемпературной плазмы с высоким пространственным ( 5-10 мкм ), временным ( 50 пс ) и спектральным разрешением.

3.В широком диапазоне начальных условий облучения (I ~ 1012-

4*1014Вт/см2; 3,5-5 не; X « 0,5-1 мкм; ЛХ= 0,1-100 А.)

проведены подробные исследования отражения и рассеянйя лазерного излучения, а также генерации гармоник 2ш и 3/2о> в плазме. Измерены энергетические и спектральные характеристики выходящего из плазмы излучения в зависимости от плотности падающего светового потока и ширины спектральной линии лазера . ного из пучения для мишеней из элементов с различными Ъ.

4.Установлена корреляция между генерацией надтепловых элек-'тронов в плазменной короне и интенсивностью излучения г^рмо-' ники 3/2 со. - '

■ 5.Предложен метод изучения эволюции температуры плазменной короны из анализа изменения во. времени контура спектральной • линии гармоники 3/2 со. Полученные с помощью этого метода данные хорошо согласуются с результатами измерений температуры плазме по е9 рентгеновской эмиссии.

• о

6.Экспериментально показано, что при узкой ( Л\"0,1 А ) спектральной .пинии лазэрного излучения существенно снижается пор т развития параметрических неустойчивостей. Рост коэффициента отражения в этом случае обусловлен модифицированным ВРМБ рассеянием. Установлены причины уширечия спектра и изменения когерентных свойств отражённого плазмой излучения.

7.С помощью плазменного зеркала сформирован широкополосный малокогерентный пучок модаого лазерного излучения. Продемонстрирована возможность получения более гладкого.распределения интенсивности в .'фокальной плоскости при фокусировке такого пучка.

8.Измерены коэффициенты конверсии мощного лазерного излучения в рентгеновское излучение плазмы. Измерены параметры мягкого , рентгеновского излучения лазерно-плазменных рентгеновских источников, реализованных в эксперим чтах по облучению А1 и Си. мишеней. Проанализированы возможности использования этих источников рентгеновского излучения для ряда прикладных задач.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на Международных конференциях по плазме, лазерам и электро-оптике;• Всесоюзных совещаниях по диагностике плазмы;

Ежегодном симпозиуме по УТС и годовой сессии Научного совета по проблеме " Физика плазмы ".

Результаты работы опубликованы в научных сборниках и журналах.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка используемой литературы: глава I - литературный обзор, главы II-VI.- содержание работа. Работа содержит 127 страниц машинописного текста, иллюстрированна 51 рисунком. Список литературы со/ержит III наименований на 7 страницах.

Содержание работы. Во введении обоснована актуальность выбранной темы, указана

4

цель работы, изложено краткое содержание диссертации и сформулированы положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассматриваются основные проблемы лазерного термоядерного синтеза и приводятся современные представления о физических процессах и явлениях, развивающихся~ в термоядерных мишенях, сжимаемых и нагреваемых под воздействием мощного лазерного излучения. Обсуждаются физические механизмы взаимодействия

мощных лазерных пучков с плазмой, определяющие поглощение и рассеяние излучения. Рассмотрены основные каналы поглощения энергии электромагнитной волны в плазме при коллективных механизмах' поглощения.'Приведены выражения, определяющие пороговые интенсивности и инкременты нарастания для наиболее важных параметрических распадных неустойчивостей в однородной, плазмо; оценено влияние пространственной неоднородности плазмы на развитие неустойчивостей. Теоретические предсказания сопоставляются с имеющимися экспериментальными данными. Рассматривается новый летод формирования пу чков лазерного излучения с высокой степенью о ".породности распределения интенсивности по сечению в бликней и дальней зоне.

Критически!! анализ, показывает, что для выработки ясных представлений о механизмах, ответственных за поглощение плазменной короной энергии греющего излучения, и основных факторах, влияющих на эффективность поглощений, имеющихся экспериментальных данных явно недостаточно. Обосновывается необходимость последовательных и целенаправленных исследований взаимодействия мощных лазерных импульсов с плазмой в широком диапазоне, экспериментальных условий.

Во второй главе даётся подробное описание лазерных систем и вакуумной камеры взаимодействия, разработанных и „оздаиных д.."' экспериментальных исследований по намеченной-программе.

Создан комплекс лазерных систем, обеспечивающих возможность

провоч.ить эксперименты при плотностях светового потока, длинах

волн и длительностях лазерного импульса, характерных для проблемы

О 0

ЛТС ( Т„ ~ 3-5 не , Ä. ~ 0,о - I МКМ , ДА. ~ 0,1 - 100 А, I „

И • ' о

10,3-1015 Вт/см*5).

В § I. рассматривается лазерная система на силикатном неоди-

А

моьом стекле (Е-50 Дж, Ти=3,5 не, \=1,06 "4M, ДЛ.= (1-100) А, в =

-10- ' -5«10_4рад, Кэ> I04, выходная апертура 45 мм), принципы ев рабо

ты, конструкция основных узлов и элементов лазера. Обсуждаются

выявленные в процессе эксплуатации недостатки й возможности вх

устраненил. . ,

В § 2 приводится описание двухканальной лазерной системы на

фосфатном неодимовом стекле (выходная апертура 45 мм; основной

• к

канал: Е= 25-30 Дк, Ти= 4нс, А.= 1.054 мкм, д\= 0.1 А, Кэ> 10°; дополнительный канал: Е = 30-40 Дж, Ти= 4 не ). Особое внимание уделяется проблемам деполяризации излучения, при прохождении по лазерной системе, и разрушения активных элементов из-за самофокусировки.

В § 3 сообщается о применявшихся методах формирования пучков крупноапертурных лазерных систем с пространственной фильтрацией излучения и ретрансляцией изображения. Приведено описание оптической схемы мощно-о крупноапертурного лазера (апертура 45 мм:

о

Еы=50 Дж, E2w=20 Дж,,Ти=5 не, 6 =50 мкрад, ДЛ. < 0,5А; апертура 75 - 100 мм: 100 Дж. Е2и= 40 Дж. 6= 30 мкрад ).

В 5 4 приводится конструкция камеры взаимодействия включая узел крепления мишени, диагностические окна, узел ввода лазерного излученияи и вакуумную систему.

В_третей главе дабтея подробное описание .диагностического

комплекса, обеспечивающего измерения параметров лазерного излучения и характеристик плазмы с высоким пространственным (5-10 мкм), временным ( <5*10-11côk ) и спектральным разрешением. Обосновывается выбор основных диагностических методов.

В § 1 изложены методы измерения следующих параметров падающего, отраженного и рассеиваемого лазерного излучения:- энергии и расходимости пучка, формы импульса и энергетического контраста, спектрального состава и пространственной когерентности излучения.

Особое. вюдаание уделяется методам, регистрации с применением быстродействующих электронно-оптических регистраторов.

■ § 2 посвящбн описанию применявшихся методов исследования параметров плазмы и используемой для этого аппаратуры. В рабо.е широко применялась методы оптической спектроскопии. Большой набор спектральных приборов (СТЭ-1. УМ-2, МДР-2,. ДФС + ЭОП) позволял проводить измерения в УФ, видимом и ИК диапазонах. Использование в качестве Фоторегистраторов ЭОПов (работающих.в кадровом режиме и режиме щепевой развёртки) позволило значительно увеличить чувствительность и временное разрешение регистрации. Измерения ин-тенсвности подающего и отраженного излучения на основной частото, отряжённого излучения ча частоах гармоник 2ш I 3/2 •■> с высоким временным разрешением (<50 пс) и исследования излучения гармоник с, высоким временным и спектральном разрешением проводились при помощи специально изготовленных регистраторов, состоящих из ЭОРа сочленённого со спектральным прибором. Измерение рентгеновской эмиссии п.»аз'ш проводилось сорбционным молодом с использованием многоканального рентгеновского спектрометра. С ломощью регистрации на специальные фотоплёнки изображения пльзмонпой короны в рентгеновских лучах различной жёсткости (камеры-обскуры с отверстиями, закрытыми поглотителями различной толщины), была получена Информация о пространственном распределении источников рентгеновского излучения и электронной температуре в плазмеенной короне. Регистрация линейчатого излучения плазмы осуществлялась при помощи кристалхмческих спектрографов (кристаллы КАР и слюда). Измерения рентгеновской эмиссии плазмы с временным разрешением ( 0,5-I не ) осуществлялось при помощи полупроводниковых детекторов.

В четьертой главе описываются эксперименты, ргполненных в рамках поставленной в диссертации задачи: определение основных

-12- .

закономерностей и механизмов поглощения и рассеяния лазерного излучения неоднородным плазменным слоем при плотности светового потока Ю13-4*1014Вт/см2 и /Л^- 1-100 А. ,

В 5 .1 приводятся экспериментальные данные, полученные при исследовании отражения и рассеяния лазерного излучения в плазменной короне у поверхности облучаемых мишеней. Показано, что при облучении- плоских полиэтиленовых мишеней коэффициент, отражения плазмы (К0) монотонно растЭт с ростом плотности светового потока вплоть до I = 4,5*1013Вт/см2. Дальнейшее увеличение интенсивности лазерного излучения приводит к уменьшению К0, что свидетельствует о включении дополнительных механизмов поглощения. Проведены подробные исследования отраженного излучения на основной частоте ш и частотах гармоник 2ы и 3/2ы. Обнаруженно запаздывание импульса отражбнного излучения примерно на I не относительно начала облу-. чения. Наблюдаются .нерегулярные осцилляции интенсивности отраженного излучения с частотой - 1-4«10%*ц. Изучены зависимости интенсивности гармоник от условий фокусировки, материала мишени { (СН2)П. А1, РЪ ) и плотности светового потока. Измерены угловые диаграммы направленности отражённого и рассеянного излучения. При нормальном падении лазерного пучка на мишень излучение гармоник 2« и . 3/2ы имек резкую направленность в апертуру. фокусирующей линзы. Показано, что в случае А1 мишени пороговые значения плотности светового потока, начиная с которых регистрируется излучение гармоник 20 и 3/2ш, составляют: 12и) = 2*1013Вт/см2 , 13/2и = 2»Ю14Вт/см". Вблизи порогов зависимость интенсивности излучв1ля

о/о о/р

гармоник имеет вид:!^ ~ I , а 13/2и ~ I . При угле падения 45° гармоника 2ш не наблюдается (I - 5»ю!3Вт/см2). Обнаружен ряд особенностей спектральных контуров линий 2о> и 3/2о>. Обе линии имоют асимметричные контуры с более пологим спадом в длинноволно-

-13- - ' ■

вой области. При наблюдении рассеяния в апертуру фокусирующей

линзы контур линии 3/2и оказывается раздвоенным и состоит из двух компонент с характерным расстоянием мекду ними 40-00 А. Максимум "синей" Компоненты примерно соответствует точному положению линии 3/2ш. "Красная" компонента имеет большую интенсивность. Экспери-ментално установланно, что спектралные распределения и интенсивности линий гармоник слабо зависят от ширины и формы спектрального распределения падающего излучения. Обнаружено запаздывание появления излучения гармоник относительно Начала отражЗнного импульса на 0,5-1 не.:В дальнейшем, втечении лагэрного импульса, происходит перераспределение энергии мевду компонентами и изменение их смещений от положения, соответствующего точному значению 3/2и. Получено хорошее совпадете значений электронной температуры плазмы, полученных различными методами. При интенсивности 'лазерного излучения I О1''вт/см2 для (СН£)П мишени Т0 составляет 0,8 ;.эВ, а для А1 мишени Т0 - 0,6 кэВ. Оценка характерных пространственных масштабов изменения плотности в плазменной короне, полученная из обработки обскурограм, приводит к значению 80 мкм для А1 мишени и 100 мкм для полиэтиленовой мигаэпи.

§ 2 посвящбн экспериментальным исследованиям поглощения лазерного излучения в плазменной корона в области с плотностью НКр/4. Эксперименты проводились при наклонном падении лазерного пучка на мишень. В этом случае отражение происходит в точке на профита плотности с-11 =НКр*соз26-, где 0 - угол падания, и появляется возможность' "выключения" механизмов ответственных за тогло-

о

щение в области Н^, а при оольших углах падения - и в области с

плотностью N„„/4. ч качестве мишеней использовались массивные

• кр .

плоские диски из (СТ^. А1, Си, Бп и РЪ. В каздом эксперименте измерялись: энергия и форма падающего лазе' того импульса, распре-

. -И- ■

деление интенсивности лазерного излучения в дальней зоне, интенсивность и направленность отражённого и рассеиваемого излученвд на основной частоте, интегральная во времени Интенсивность и направленность излучения плазмы на частотах гармоник 2ш и 3/2ш, спектр рентгеновского излучения плазмы в обяаста энергии квантов 5-20 ? •'!. Угол падения е варьировался от 0° до 70°, а плотность светового потока изменялась в диапазоне Ю13-4»Ю14Вт/см2.. В экспериментах показано, что отражение в основном носит зеркальный характер вплоть до углэв падения е ~ 60°- 70? диаграммы направленности рассеиваемого излучения узки.и остронатравлены. При в > 20° излучение гармоники 2ш не. наблюдалось, излучение гармоники 3/2ш регистрировалось вплоть до углов'паления в - 60°. Для поддержания плотности мощности на постоянном уровне., в зависимости от величину в, приходилось соответствующим образом увеличивать >энергию' падающего пучка. Результаты измерения рентгеновской эмиссии плазмы, полученные с помощью 12-кацаль:юго спектрометра, показали аномальное' возрастание интенсивности в, коротковолновой части спектра, что свидетельствует об отклонении Функции распределения от максвелловской л генерация в плазменной короне горячих электропоч. Предложенная модель, в которой функция распределения электронов в плазме состоит из двух максвелловокчх компонент с. различной температурой, и проведбнные на ЭВМ расчёты позволили определить параметры электронных компонент, при которых экспериментальный спектр рентгеновского излучения совпадает с расчбтным. Характерные значения температур основной электронной компоненты (Т0) и горячих электронов (Т1), а также значение относительного числа частиц в горячей компоненте (?) составили: Т0= 525 ± 25 эВ, 3,9 ± 0,1кэВ, £ =3*Ю-5 для полиэтиленовой мишени и Т0- 500 ± 25 эВ, Т1= 3,5 ±0,1 кэВ, £ = 10~5 для А1 мишени, Онаруженно, что

-16- " одновременно с исчезноъением в спектре рентгеновского излучения

плазма горячей компоненты перестаЗт регистрироваться излучение

гармоники 3/2ы и наблюдается рост К0.

В § 3 обсуждаются полученные в этих экспериментах результаты и рассматриваются ответственные за аномальное поглощиние механизмы - распад поперечной электромагнитной волны на продольную плазменную и ионно-звуковую (г=»р+з); распад волны накачки на две продольные плазменные волны (г=»р+р). Результаты экспериментального исследования излучения на частотах 2ш и 3/2и подтвердили важную роль выше названных процессов. Анализ завчсимостей К0 от плотности светового потока для мишеней с различными г, особенное-' ти спектров рассеяния плазмы и измерений параметров плазмы'рентгеновскими методами свидетельствуют об эффективном проявлении

п °

процессов аномального поглощения, начиная с потоков >5*10 Вт/см" в случае облучения мишеней с малым Ъ. Опыты показали качественное согласие зависимости пороговых значений интенсивности лазерного излучения, начиная с которого развиваются неустойчивости, с теоретическими предсказаниями. Интенсивность и форма спектральных контуровгармоник зависят от спектра плазменных колебаний, который в свою очередь определяется профилем плотности плазмы. Ширина спектральных распределений линий 2ш и 3/2ш и асимметрия их- контуров обусловлена рассеянием рождающихся плазмонов на ионах илй ионном звуке (фононах). Обнаруженная двухкомпонентная структура линии 3/2ш позволяет-по измерением с высоким временным разрешением контура этой линии изучать эволюцию электронной температуры

о

плазмы в течение фазы нагревания в области с плотностью, близкой к ИКр/4. Зеркальный ©лрактер отражения, отсутствие гармоники 2и и милые значения К0 в опытах с наклонным падением, а также корреляция горячих электронов с излучением гармонии 3/2ш свидетельству-

ют о эффективном поглощении излучения в областях плазмы с плот-.остями, существенно меньшими 1фитической плотности. Проведенная оценка показывает, что около 10% энергии лазерного излучения поглощается в плазменном слое толщиной 0,3 Ь вблизи точки N =N^/4 (I- характерный пространственный масштаб изменения плотности ).

Пятая глава является логическим продолжением четвбртой. В ней описаны эксперименты при Л\пад~ 0,1 А. .Обнаружено, что при узкой спектральной линии падающего излучения резко снижаются(в 3-5 раз) пороги генерации гармоник. Заметное (1 - 4 56 ) рассеяние навстречу лазерному пучку, в экспериментах с наклонным падением на мишень, свидетельствует о развитии неустойчивости типа ВРМБ. Именно этим объясняется монотонное возрастание К0 при увеличении интенсивности падающего лазерного пучка в экспериментах с узкой спектральной линией лазерного излучения. Проведены подробные исследования причин уширения спектра и изменения когерентных свойств отраженного излучения в процессе ВРМБ. Исследование основных свойств " плазменного зеркала " нашло практическое использование для создания „пучка' мощного широкополосного малокогерентного лазерного излучения, обеспечивающего высокую однородность распределения интенсивности е пределах фокального пятна. Представляется перспективным применение развитого .метода в. крупномасштабных лазерных систем . следующего поколения, предназначенных для работ по программе ЛТС.

Шестая глава посвящена описанию экспериментов по определению коэффициентов, конверсии мощного лазерного излучения в рентгеновское излучение плазмы. Показано, что коэффициент конверсии в этих

о

экспериментах составлял: 7-10% в диапазоне' длин волн 9-13 А в случае использования медной и иттриевой мишени; и 5-7% в диапазо-

-Этне 6-8 А в случав использования алюминиевой мишени. По результатам измерений эффективный размер рентгеновского источника, в направлении перпендикулярном оси падающего на мишень пучка, составлял ~ 60 мкм. Длительность рентгеновской вспышки,- как правило, на отличалась от длительности лазерного импульса и составляла ~ 5 не на юлувысоте. В результате проведённых исследований были полученн лазерно-плазменные источники рентгеновского излучения со . следующими параметрами; поперечный размер источника ~ 60-100 мкм,

9

А1 мишень: Ти = Б не, , ДА. = 6-8 А, Рисг~ 150-200 МВт; Си мишень: Т^ = 5 не, ДА. = 9-13 А, Рист~ 300-400 МВт;

В заключении сформулированы осноьше вывода ■ диссертационной работы:

1.Создан комплекс многокаскадных лазерных систем для экспериментального изучения Езаимодействия мощних световых импульсов с плазмой. Высокое качество и хорошая воспроизводимость параметров светового пучка позволили провести исследования в широком диапазоне условий .облучения "мчшеней (Тц ~ 3-5нс, X -0,5-1мкм, Кд > ТО4 &к - 0,1-100 А, , I - 1013- 1015Вт/см2).

2.На "¡троена, прокалибрована и-частично разработана аппаратура диагностического комплекса, позволяющая проводить измерения параметров греющего лазерного импульса и характеристик плотной высокотемпературной плазмы с высоким пространственным ( 5-10 мкм), временным ( 50 пс ) и спектральным разрешением.

3.Проведены подробные исследования отражения и рассоякпя лазерного излучения, а также генерации гармоник 2ш и.3/2ш и плазме. Измерены энергетические и спзктральные характеристики выходящего из плазмы излучения зависимости от плотности падающего

светового потока и ширины спектральной линии лазерного излучение для мишеней из элементов с различными Z. Обнаружена корреляции между генерацией надтепловых электронов в плазменной короне и

интенсивностью излучения гармоники 3/2ш. лшты с наклонным паде-

\

нием лазерного пучка на мишень позволили установить, что около 1055 энергии лазерного излучения поглощается плазмой вблизи точки .N = НКр/4 из-за развития двухплазмонной распадной неустойчовости.

4.Проведено изучение эволюции температуры плазменной короны . из анализа изменения во времени контура спектральной лйнии гармоники 3/2w. Полученные с помощью этого метода данные хорошо согла-

\ ■ суются с результатами измерений температуры плазмы по еб рентге-

1А о

новской эмиссии и при .1 ' ~ 10 Вт/см" составляют: 0,6 кэВ для А1 мишени и 0,8. кэВ для ( CHg )п мишени.

® <

5.Показано, что при узкой ( tX ~ 9,1 А ) линии лазерного излучения в 3-5 раз снижаются пороги развития параметрических неус-тойчивостей. Рост коэффициента отражения в этом случае обусловлен развитием неустойчивости типа ВРМБ. Установлены причинч уишрения спектра и изменения когерентных свойств отражённого плазмой излучения. Сформирован широкополосный малокогерентный пучок моцного лазерного излучения, продемонстрирована возможность получения более гладкого распределения интенсивности в фокальной плоскости при фокусировке такого пучка, что может быть использовано в ла-зерно-термоядерных установках следующего поколения.

6."Измерены коэффициенты конверсии мощного лазерного излучения в рентгеновское излучение плазмы в широком диапазоне изменения параметров мишеней и лазерного пучка. Реализованы уникальные лазерно-плазменныв источники мягкого рентгеновского излучения в

-19- ; ■

экспериментах по облучению А1 и Си мишеней.

Основное результаты работы опубликованы в следующих работах: -

1.Александров В.В., Бреннер М.В., Ёихарев В.Д., 'Зотов В.П., 'Ковальский Н.Г., Пергамент М.И., Юфа В.Н.

" Особенности излучения плазш на частотах ?л> и 3/2ы при взаимо-' действии коротких лазерных импульсов с твердыми плоскими мишенями." Препринт ИАЭ-2852.М, 1977. .

2.Александров В.В., Бреннер М.В., Вихарев В.Д., Ковальский Н.Г., Пергамент М.И., Юфа В.Н. . -"Исследование спектрального состава светового импульса, генерируемого мощным неодимовым лазером, с высоким временным .разрешением." Тезисы доклад на IX Всесоюзной конференции по когерентйой и нелинейной оптике. Ленинград, 1978.'

3.Александров В.В., Вихарев В.Д., Зотов В.П . , Кфа В.Н.

" Спектроскопия плазменной короны с высоким временным разрешением." Л"агноотака плазмы, т.4(11),стр.90-95, Энергоатомиздат,1981

4.Александров В.В., Анисимов С.И., Бреннер М.В., .Вихарев В.Д., Иванов М.П., Ковальский Н.Г., Пергамент М.И., Рубенчик A.M., Шчур Л.Н., Кфа В.Н. • ' ' .

" Аномальные механизмы поглощения и генерация быстрых частиц й экспериментах по взаимодействию лазерного излучения плазмой на ' длинах волн 0,53 и 1,06 мкм." Доклад на X Европейской конференции по УТС и физике плазмы. Москва, т.1,Р 4, 198t. ' 1

5.Александров В.В., .Баронова Е.О,, Бреннер'М.В., Лобурев C.B., Мусатов В.И., "Ковальский Н.Г., Юфа В.Н.

с

" Применение рентгеновских електрографов с плоским и вогнутым кристаллами для исследования линий многократно ионизованных ионов лазерной плазмы. Диагностика плазмы, Энергоатомиздат, выпуск 6, 55-58, 1989. ■ -