авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Рентгеновская и вуф спектроскопия многозарядных ионов в лабораторной плазме

-- [ Страница 1 ] --
Учреждение Российской академии наук

Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН

На правах рукописи

Шевелько Александр Петрович

РЕНТГЕНОВСКАЯ И ВУФ СПЕКТРОСКОПИЯ

МНОГОЗАРЯДНЫХ ИОНОВ В ЛАБОРАТОРНОЙ ПЛАЗМЕ

01.04.05 – оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук

Москва – 2010

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Физическом институте им. П.Н.Лебедева РАН

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор, Красюк Игорь Корнелиевич, ИОФАН, г. Москва доктор физико-математических наук, Никулин Валерий Яковлевич, ФИАН, г. Москва доктор физико-математических наук, Рябцев Александр Николаевич, ИСАН, г. Троицк Московской области

Ведущая организация – Учреждение Российской академии наук Институт физики микроструктур РАН, г. Нижний Новгород

Защита состоится «_» _2010 г. в часов на заседании диссертаци онного совета Д 002.023.03 в Учреждении Российской академии наук Физиче ском институте им. П.Н. Лебедева РАН, 119991, Москва, Ленинский пр.53, ФИАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физического института им.

П.Н. Лебедева РАН.

Автореферат разослан «» _2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физ.-мат. наук А.С. Шиканов Актуальность исследований. Рентгеновская и вакуумно-ультрафиолетовая (ВУФ) спектроскопия многозарядных ионов является одним из наиболее эффек тивных методов исследования высокотемпературной плазмы. С момента своего возникновения (см. обзор [1]), это направление физики прошло несколько этапов своего развития. Новые импульсы в развитии спектроскопии всегда были связа ны с появлением новых идей, методов исследования и технологий. Например, более 40 лет назад Н.Г. Басовым и О.Н.Крохиным была высказана идея об ис пользовании лазеров в управляемом термоядерном синтезе (УТС) [2]. Это при вело к появлению нового источника рентгеновского излучения – лазерной плаз мы. Этот источник излучения, в свою очередь, стал объектом интенсивных ис следований, как по физике многозарядных ионов (первые работы [3, 4]), так и в качестве одного из кандидатов для УТС. Важный этап развития рентгеновской спектроскопии многозарядных ионов связан также с космическими исследова ниями плазмы солнечной короны, когда успехи в космических технологиях по зволили размещать на ракетах и спутниках спектральную аппаратуру [5]. Работы по УТС и солнечной короне стимулировали в Физическом институте им.

П.Н.Лебедева РАН многочисленные систематические теоретические и экспери ментальные исследования высокотемпературной лабораторной плазмы по изу чению структуры спектров многозарядных ионов, элементарных процессов в плазме, созданию методов рентгеноспектральной диагностики, программ расче та атомных, столкновительных и радиационных характеристик и т.д. (см., на пример, [6-13]).

Рентгеновская спектроскопия высокотемпературной плазмы активно разви вается и в настоящее время. Это связано, прежде всего, с продолжающимися ис следованиями по УТС [14], космическими исследованиями [15], а также с появ лением новых задач, источников рентгеновского излучения, оптических элемен тов, возможностей для практических приложений и т.д. Отметим, что рентге новская спектроскопия активно развивается и на стыке смежных наук и техно логий – физики плазмы и УТС, радиационной плазмодинамики, физики быстро протекающих процессов, физики коротковолновых лазеров, электроники, био логии, литографии и др. Развитие этого направления спектроскопии является важным как для фундаментальных, так и для прикладных исследований.

Одной из актуальных задач настоящего времени продолжает оставаться УТС. Программа по инерциальному УТС развивается как на основе лазерной плазмы [14], так и на основе плазмы мощных Z-пинчей [16]. Эти исследования требуют разработки новых методов диагностики сверхплотной плазмы и новых спектральных приборов, которые могли бы работать в условиях сильных радиа ционных нагрузок, выдерживать воздействие ударных волн и продуктов взрыва и т.д.

Лабораторная высокотемпературная плазма, в отличие от астрофизической, всегда ограничена по объему (стенки вакуумной камеры, окружающий плазму газ и т.д.), поэтому исследование взаимодействия плазмы с окружающими ее преградами приобретает фундаментальное значение.

В последнее время достигнут значительный прогресс в технологии исполь зования мягкого рентгеновского и ВУФ излучения (см., например, [17-19]). Этот прогресс обусловлен успехами в разработке источников рентгеновского излуче ния высокой яркости: синхротронных источников, рентгеновских лазеров, лазе ров на свободных электронах, фемтосекундной лазерной плазмы, плазмы Z-, X пинчей и др. Усовершенствование существующих и разработка новых источни ков излучения требует как новых подходов для их диагностики, так и открывает новые возможности для исследований. Последние десятилетия ознаменовались и значительными успехами в разработке новых элементов рентгеновской опти ки: многослойных зеркал нормального падения, линз Френеля, отражательных решеток с переменным периодом, решеток на пропускание и др. [17-21]. С появ лением новых элементов и технологий появились новые возможности для ис следований в рентгеновском и ВУФ диапазонах спектра и для создания новой приборной базы. Наиболее впечатляющим результатом последнего времени ста ла разработка методов проекционной ВУФ литографии на основе многослойных зеркал нормального падения [19]. На первый план в этих исследованиях выходят количественные измерения радиационных характеристик излучения.



Все вышеперечисленное позволяет кратко сформулировать задачи, решае мые рентгеновской спектроскопией высокотемпературной плазмы в настоящее время:

1) развитие методов диагностики, измерение и расчет спектроскопических характеристик многозарядных ионов, установление механизмов возбуждения спектров;

2) усовершенствование существующих и разработка новых источников из лучения;

3) разработка приборной базы, наиболее адекватно соответствующей по ставленным задачам;

4) применение спектральных методов в практических приложениях.

На решение этих задач и направлена эта диссертационная работа.

Целью работы является развитие методов диагностики, разработка соот ветствующей спектральной аппаратуры и их использование для исследования высокотемпературной плазмы по спектрам многозарядных ионов. Важной со ставляющей этой работы является исследование взаимодействия лабораторной плазмы с окружающими ее препятствиями.

Исследования носят как фундаментальный характер, так и используются в практических приложениях.

Объектами исследования являются высокотемпературная лазерная плазма и лазерная плазма, взаимодействующая с преградами, а также плазма мощных Z пинчей. Основное внимание в работе уделяется лазерной плазме. Этот выбор диктуется тем, что лазерная плазма представляет собой универсальный, ком пактный источник излучения многозарядных ионов, стабильный по параметрам и положению в пространстве. Варьирование параметрами лазерного импульса и условиями фокусировки на разнообразные мишени позволяет в широких интер валах изменять параметры плазмы. Для создания лазерной плазмы использова лось несколько лазерных установок, расположенных в нашей стране и за рубе жом, а эксперименты проводились в широком диапазоне лазерных параметров и условий фокусировки: с плотностью потока лазерного излучения на мишени от 1012 до 1018 Вт/см2, с длительностью импульса от 80 фс до 30 нс, с энергией в импульсе от нескольких мДж до ~ 20 Дж.

Предметом исследования является рентгеновское и ВУФ излучение мно гозарядных ионов лабораторной плазмы. Спектральный интервал исследований составлял от рентгеновского (длина волны ~1 ) до ВУФ диапазона (~200 ).

Временной интервал выполнения данной работы составляет около 30 лет (с 1980-х годов).

Научная новизна 1. Разработан новый спектроскопический метод определения электронной температуры плазмы тяжелых элементов, который основан на сравнении ис следуемых спектров со спектрами хорошо диагностируемой лазерной плазмы.

Метод использован для измерения температуры электронов (Те=200±40 эВ) в плазме, создаваемой в конечном анод-катодном промежутке сильноточного импульсного генератора Z-Machine (Sandia National Laboratories). Плазма, образуемая в анод-катодном промежутке, может приводить к его замыканию, что препятствует эффективному вложению энергии в разряд.

2. Впервые обнаружено, что при взаимодействии разлетающейся высоко температурной лазерной плазмы с поверхностью твердого тела возникает ин тенсивное рентгеновское излучение в линиях многозарядных ионов. При этом взаимодействии реализуется уникальная ситуация, когда многозарядные ио ны, зарядовый состав (Z~10) которых формируется в горячем ядре (Те~0,5 кэВ) лазерной плазмы, излучают в плотной {Ne=(14) 1019 см3} и холодной {Те=50-100 эВ} плазме приповерхностного слоя.

3. Впервые исследованы рентгеновские спектры и характеристики К излу чения, возникающего при воздействии на металлические мишени (Fe, Cu) фем тосекундных импульсов инфракрасного диапазона спектра, генерируемых тера ваттной лазерной системой с активной средой хром-форстерит.

4. Впервые для оценки точности теоретических расчетов, используемых при рентгеноспектральной диагностики плазмы, в спектрах [Не]-подобных ионов Ca и Ti детально исследованы в диапазоне =2,6 – 3,2 длины волн (точность / 104 ) и интенсивности сателлитных линий (ошибка 1030%).

5. Впервые экспериментально показано, что при расчетах ионизационного состава высокотемпературной (Те ~ 1 кэВ) и плотной (Ne = 1020 1022 см-3) плазмы необходимо учитывать эффект влияния плотности электронов на ско рость диэлектронной рекомбинации.

6. Впервые для исследования рентгеновских спектров лазерной плазмы ис пользован спектрометр с вертикальной фокусировкой. Этот спектрометр обла дает высоким спектральным разрешением (/~2000), широкой областью реги страции спектра (~1,5-10 ) и повышенной светосилой, позволяющей регист рировать спектры многозарядных ионов за одну вспышку лазера. Использование кристаллов и многослойных структур в качестве дисперсионных элементов по зволило регистрировать излучение как в рентгеновском, так и ВУФ ( 40 ) областях спектра.

Положения, выдвигаемые на защиту 1. Зарегистрированы и исследованы рентгеновские спектры многозарядных ионов лазерной плазмы различных элементов (Az=674) в широком спектраль ном интервале (=1,5200 ) и в широком диапазоне лазерных параметров и ус ловий фокусировки: с плотностью потока лазерного излучения на мишени от 1012 до 1018 Вт/см2, с длительностью импульса от 80 фс до 30 нс, с энергией в импульсе от нескольких мДж до ~ 20 Дж. По этим спектрам проведена диагно стика плазмы: определение температуры Те и плотности Nе электронов в диапа зонах: Те=(60 1400) эВ и Nе=(1019 1021) см3, а также количественные (абсо лютные) измерения интенсивности, спектральной плотности излучения и ярко сти источника.

2. Экспериментально показано, что температура электронов в плазме, создаваемой при замыкании в конечном анод-катодном промежутке сильно точного импульсного генератора Z-Machine (Sandia National Laboratories), составляет Те=(20040) эВ. Для этих измерений разработан новый спектро скопический метод определения электронной температуры плазмы тяжелых элементов, который основан на сравнении исследуемых спектров со спектра ми хорошо диагностируемой лазерной плазмы.

3. При взаимодействии факела высокотемпературной лазерной плазмы с поверхностью твердого тела возникает интенсивное рентгеновское излучение в линиях многозарядных ионов. Излучение в приповерхностной области связа но с трехчастичной рекомбинацией электронов на высокие уровни и последую щим каскадированием за счет радиационных и столкновительных процессов.

Эти процессы приводят к инверсной заселенности между возбужденными уров нями многозарядных ионов.

4. Разработан рентгеновский фокусирующий спектрометр с вертикальной фокусировкой, который абсолютно откалиброван по чувствительности, обладает высоким спектральным разрешением (/~2000) и имеет область регистрации спектра ~1,5-10. С применением в этой схеме новых многослойных структур в качестве дисперсионных элементов диапазон регистрации расширен в сторону ВУФ излучения (до ~40 ) и достигнута светосила, в 40 раз превышающая све тосилу традиционных для этой области спектра дифракционных спектрометров с решетками скользящего падения.

Практическое значение 1. Новый метод измерения температуры электронов, успешно использован ный для диагностики плазмы Fe в конечном анод-катодном промежутке сильно точного импульсного генератора Z-Machine, может быть распространен как на другие элементы, так и на более широкий температурный диапазон. Это пред ставляет интерес, например, для диагностики плазмы мощных Z-пинчей (W материал проволочных сборок), плазмы токамаков (Mo и W - материал диверте ров) и плазменных источников, предназначенных для проекционной ВУФ лито графии (Sn).

2. Взаимодействие высокотемпературной лазерной плазмы с поверхностью твердого тела имеет большое значение при разработке нового типа источников рентгеновского излучения, при разработке лазеров коротковолнового диапазона длин волн, моделирования пристеночной плазмы токамаков.

3. Метод формирования направленных интенсивных пучков ВУФ излуче ния с помощью многослойных зеркал нормального падения в качестве коллима торов и лазерной плазмы в качестве источника излучения являются важными для проекционной ВУФ литографии и микроскопии.

4. Применение спектрометров на основе новых фокусирующих многослой ных структур позволит значительно расширить возможности рентгеноспек тральных методов как в фундаментальных исследованиях, так и в практических приложениях. Подобные спектрометры представляют большой интерес для оп тимизации и мониторинга источников излучения, например, применяемых в рентгеновских микроскопах для изучения биологических объектов в спектраль ной области окна прозрачности воды, или для стендов проекционной коротко волновой нанолитографии. Применение новых спектрометров позволит исследо вать мягкое рентгеновское и ВУФ излучение и таких слабоинтенсивных источни ков, как фемтосекундная лазерная плазма.

5. Проведенное детальное исследование длин волн, интенсивностей са теллитных линий и ионизационного равновесия в высокотемпературной ла зерной плазме позволило оценить точность теоретических расчетов, исполь зуемых при рентгеноспектральной диагностики плазмы.

6. Разработанная спектральная аппаратура (спектрометры и детекторы) мо гут использоваться для диагностики различных рентгеновских источников (ла зерная плазма, плазма Z-пинчей, источники для рентгеновской и ВУФ микро скопии и литографии и т.д.) и для практических приложений (флуоресцентный анализ, рентгеновская микроскопия).

Апробация работы. Результаты работ, составившие основу диссертации, опубликованы в рецензируемых журналах и неоднократно были представлены на многочисленных международных (45 докладов) и отечественных (20 докла дов) конференциях.

Международные конференции, на которых были доложены результаты диссертации: European Conference on Atomic Physics ECAP (Heidelberg, 1981), VI European Sectional Conference on the Atomic and Molecular Physics of Ionised Gas es (Oxford, 1982), International Conference on the Physics of Highly Ionised Atoms (Oxford, 1984), 5-th International Conference on Laser and their Applications (Dresden, 1985), Первый Советско-Британский симпозиум по спектроскопии многозарядных ионов (Троицк, 1986), The International Congress on Optical Science & Engineering (the Hague, 1991), Micro-and Nano-Engineering 94 (MNE94) (Davos, 1994), Quantum Electronics and Laser Science (QELS) Conference (Balti more, 1995), International Conference on Soft X-Rays in the 21st Century (Midway, 1997), The 48th,49th and 50th Annual Denver X-Ray Conferences (Steamboat Springs, 1999;

Denver, 2000;

Denver 2001), The Fourteenth AIP International Conference – AIP (New York, 1999), International Symposium on Optical Science, Engineering, and Istrumentation, SPIE’s 42 rd, 43 rd, 45 th, 46 th, 47 th, 48 th, 50 th Annual Meet ings (San Diego, 1997, 1998, 2000, 2001;

Seattle 2002;

San Diego, 2003, 2005), 28th European Conference of Laser Interaction with Matter (ECLIM) (Roma, 2004), Inter national symposium Topical problems of nonlinear wave physics (Nizhny Novgo rod, 2005), IX, X, XI, XII, XIII, XIV Международные симпозиумы Нанофизика и электроника (Нижний Новгород, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010), Российско-американский симпозиум по мощным пучкам лазерного излучения (Directed Laser Energy Symposium) (Нижний Новгород, 2006), IEEE Pulsed Power and Plasma Science Conference (Albuquerque, 2007), XXXV International Confe rence on plasma physics and CF (Zvenigorod, 2008), International Workshop on EUV Lithography (Hawaii, 2008), International Symposium on Extreme Ultraviolet Litho graphy (Lake Tahoe, 2008), 50th Annual Meeting of the APS Division Plasma Physics (Dallas, 2008), The 7th Dense Z-Pinch Conference (Alexandria, 2008). Отечествен ные конференции, на которых были доложены результаты диссертации: VIII Всесоюзная конференция по физике электронных и атомных столкновений (VIII ВКЭАС) (Ленинград, 1982), XIX и XX Всесоюзные съезды по спектроско пии(Томск, 1983, Киев, 1998), XIX Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике (Ташкент, 1984), Совещание Рентгеновская оптика (Нижний Нов город, 2000, 2001, 2002, 2003, Черноголовка, 2008), XXII и XXIII съезды по спектроскопии (Звенигород, 2001, 2005), XVII и XIX конференции Фундамен тальная aтомная спектроскопия (Звенигород, 2003;

Архангельск, 2009).

Результаты неоднократно докладывались на семинарах в научных институ тах и центрах: Физическом институте РАН, Институте общей физики РАН, Ин ституте спектроскопии РАН, Институте физики микроструктур РАН, ГНЦ РФ ТРИНИТИ (Троицк), Институте экспериментальной и теоретической физики (Москва), Рурском университете (Бохум, Германия), ФОМ Институте физики плазмы (Нивехен, Нидерланды), ФОМ Институте Amolf (Амстердам, Нидерлан ды), Империал Колледже (Лондон, Англия), Университете Бригхама Янга (Про во, США), Университете Невады г.Рино (США), Национальной лаборатория Сандиа (Альбукерк, Нью Мексико, США), Ливерморкой лаборатории им. Ло уренса (Ливермор, США) и других.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы представ лены в 75 работах, из которых 36 из списка ВАК (отмечены *). Эти работы приведены в авторском списке в хронологическом порядке в конце авторефе рата.

Вклад автора. Все изложенные в диссертационной работе оригинальные результаты получены лично автором, либо при его руководстве и непосредст венном участии. Автор диссертации внес значительный вклад в создание лазер ной установки Феникс, им осуществлялась разработка и создание диагности ческой аппаратуры, проведение экспериментальных исследований, а также об работка, систематизация, анализ и интерпретация полученных результатов. Уча стие автора было определяющим в постановке целей и задач экспериментов.

Предложенные автором проекты были поддержаны международными грантами МНТЦ № 021-95 и INTAS № 94-4341, а также грантами РФФИ № 03-02-16632 и № 09-02-00154а (действующий).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка цитируемой литературы по главам, включающего 460 названий, авторского списка, включающего 75 наименований, и изложена на 327 страницах машинописного текста, в том числе 118 рисунков и 24 таблицы.





СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится краткий обзор развития рентгеновской спектро скопии многозарядных ионов. Рассматривается актуальность исследований и задачи, решаемые рентгеновской спектроскопией в настоящее время. Сфор мулированы цели работы, объекты и предмет исследований, приведены поло жения, выносимые на защиту. Кратко изложено содержание глав диссертации.

Глава 1 посвящена исследованию длин волн, интенсивностей сателлит ных линий и ионизационного равновесия в лазерной плазме. В разделе 1. приводится постановка задачи и краткий обзор литературы. Существующая спектроскопическая диагностика плазмы опирается на теоретически рассчи тываемые атомные константы, такие как длины волн линий, вероятности распада возбужденных состояний и др. Экспериментальное определение атом ных констант для многозарядных ионов чрезвычайно сложно. О точности раз личных методов расчета можно судить, сравнивая наблюдаемый и расчетный спектры. Поэтому представляется необходимым изучение длин волн и интен сивностей линий в спектрах многозарядных ионов в как можно более широ ком интервале изменения плазменных параметров.

Одной из задач исследования процессов, протекающих в различных плазменных источниках, является определение зарядового состояния плазмы, т. е. распределения ионов по стадиям ионизации. В этом разделе приводится общая характеристика различных моделей ионизационного равновесия и рас смотрено влияние плотности электронов на скорость процесса диэлектронной рекомбинации, что может приводить к отличию зарядового состава ионов от чисто коронального предела в плотной высокотемпературной плазме. Приво дятся спектроскопические критерии определения равновесного распределения ионов по кратностям ионизации. Показано, что для построения модели излу чающей плазмы важно определить зарядовый состав ионов как можно большего количества кратностей ионизации. В конце раздела приводится обоснование экспериментального метода определения зарядового состава плазмы по относительным интенсивностям групп сателлитных линий.

В разделе 1.2 приводятся результаты изучения спектров вблизи резонанс ных линий [He]-подобных ионов Ca и Ti (атомные номера Аz=20 и 22) в лазер ной плазме. Рассмотрены переходы 1s22l—1s2l2l’. В первой части раздела при водится общая характеристика сателлитных линий. Во второй части приводятся и обсуждаются данные по длинам волн сателлитных линий. Высокое спек тральное разрешение и высокая интенсивность зарегистрированных спектров позволили с большой точностью (/ лучшей, чем 10 4) измерить длины волн заметно большего числа линий, чем в предыдущих работах. Проведено со поставление с теоретическими расчетами. Метод теории возмущений по пара метру 1/Z дает результаты, хорошо согласующиеся с экспериментом.

Третья часть раздела 1.2 посвящена изучению интенсивностей сателлит ных линий. Сопоставление с теоретическими расчетами проведено по величи нам относительных интенсивностей сателлитов друг к другу, которые зависят только от атомных констант. В ряде случаев наблюдались заметные расхожде ния между экспериментальными и расчетными данными. Важно отметить, что из проведенного сопоставления экспериментальных и теоретических данных следует, что расчет методом теории возмущений по параметру 1/Z удовлетвори тельно описывает относительные интенсивности сильных диэлектронных са теллитов (j и k), по которым определяется температура электронов.

В разделе 1.3 приводятся результаты экспериментального изучения энер гетической структуры диэлектронных сателлитов линий главной серии гелие подобных ионов Ca и Ti. Сопоставление с теоретическими данными показы вает, что сравнительно простой экстраполяционный метод расчета описыва ет структуру спектра, хорошо согласующуюся с экспериментом.

Раздел 1.4 посвящен исследованию зарядового состава лазерной плазмы тяжелых элементов с зарядом ядра АZ 20 по спектрам в области резонанс ной линии [He] - подобных ионов. Определены относительные интенсивно сти групп сателлитных линий, принадлежащих ионам различной кратности ионизации: от [Не]- до [0]-подобного иона в плазме элементов от титана до меди. Для случая лазерной плазмы железа определен зарядовый состав ионов с Z = 20 25, включающий пять стадий ионизации (Рис.1).

Рис.1. Сравнение экспериментальных от носительных концентрации nz/nHe ионов железа с результатами теоретических рас четов ионизационного равновесия.

Сплошные линии - теория;

1, 2 - экспери мент: 1 - плазма, создаваемая основной частотой неодимового лазера, 2 - плазма, создаваемая второй гармоникой.

Проведено сравнение измеренных относительных концентраций ионов с результатами расчетов ионизационного равновесия для случая корональной (Ne=0) и плотной (Ne = 1020 1022 см-3) плазмы. Показано, что в условиях плотной высокотемпературной лазерной плазмы необходимо учитывать эффект влияния плотности электронов на скорость диэлектронной рекомбинации (Рис.1).

Приведенные в Главе 1 результаты по оценке точности различных теорети ческих расчетов позволяют распространить эти методы диагностики на другие плазменные объекты. В Главе 2 приводятся результаты их применения для ди агностики плазмы мощного Z-пинча сильноточного генератора Zebra (Nevada Terawatt Facility, Университет Невады г. Рино, Невада, США). В начале главы приводится общая характеристика Z-пинчей, основанных на многопроволочных сборках, которые являются в настоящее время наиболее мощными лаборатор ными источниками рентгеновского излучения. Физические механизмы, ответст венные за вклад энергии в разряд, энергетический баланс между кинетической энергией плазмы и выходом рентгеновского излучения являются фундаменталь ными вопросами для понимания физики Z-пинчей. Исследование профиля тем пературы и плотности плазмы играет ключевую роль в определении механизмов нагрева плазмы и генерации рентгеновского излучения в Z-пинчах. Поиск отве тов на эти вопросы и отработка методик составляли задачу экспериментов на ус тановке Zebra. В Главе приводится краткое описание генератора Zebra, схема ва куумной камеры и геометрия проволочных сборок, использованных в экспери ментах. Приводятся результаты исследований спектров [H]- и [He]-подобных ионов Mg, Al. Проведен детальный анализ и отбор линий, использованных для диагностики плазмы. Рассмотрены особенности и обусловленность использо ванных методов диагностики. Результаты экспериментов по измерению темпе ратуры и плотности электронов использовались для анализа механизмов нагрева плазмы Z-пинчей.

Глава 3 посвящена ВУФ спектроскопии плазмы, создаваемой в конечном анод-катодном промежутке сильноточного импульсного генератора Z-Machine (SNL). В разделе 3.1 приведена общая характеристика установки Z-Machine (SNL) и сформулирована актуальность данных исследований: эффективный вклад энергии в плазму Z-пинчей может быть существенно затруднен из-за за мыкания в анод-катодном (А-К) промежутке финального участка передающей (транспортирующей) линии мощных импульсных генераторов тока. Этот эффект может стать препятствием при повышении мощности этих установок и, в конеч ном счете, осложнить их участие в программе по термоядерному синтезу. По этому, получение любой информации об этом эффекте представляет несомнен ный интерес. Задачей этих экспериментов являлось получение ответа на вопрос – образуется ли плазма в А-К промежутке, и если образуется, то с какой темпера турой.

В разделе 3.2 детально рассматривается объект исследований (А-К проме жуток финального участка передающей линии, Рис.2), приводится мотивация использования методов ВУФ спектроскопии и общая схема используемых мето дов исследования. Эти методы основаны на исследовании ВУФ спектров много зарядных ионов железа хорошо диагностируемой лазерной плазмы и на теорети ческих расчтах, а так же на сравнении этих спектров с ВУФ спектрами, зареги стрированными в А-К промежутке. Основное внимание уделялось определению максимальной степени ионизации ионов Fe.

Рис.3. (а) Схема установки Z Рис.3.

Machine: накопители энергии, промежуточные конденсаторы, формирующая линия и магнитои золированная транспортирующая линия.

(b) Вертикальное сечение уста новки в области нагрузки. Об ласть короткого замыкания отме чена кружками.

В разделе 3.3 рассмотрены экспериментальные методы ВУФ диагностики плазмы А-К промежутка. Они включали в себя разработку различных модифи каций ВУФ спектрометра скользящего падения. Эти приборы очень компактны, обладают широким спектральным диапазоном регистрации, хорошо защищены от повреждений ударной волной и продуктами взрыва, а так же от излучения ос новной нагрузки. Разработана простая и удобная процедура юстировки прибора в вакуумной камере.

Целью экспериментов с лазерной плазмой являлась разработка методов ди агностики плазмы по ВУФ спектрам Fe и сравнение этих спектров со спектрами плазмы в А-К промежутке установки Z-Machine (Раздел 3.4). Эксперименты включали исследование двух лазерных плазм, создаваемых при одних и тех же лазерных потоках q на Mg и Fe мишенях. Рентгеновские спектры [H]- и [He] подобных ионов Mg использовались для измерения Te. ВУФ спектры Fe исследо вались при таких же потоках с помощью спектрографа скользящего падения в том же спектральном диапазоне (~20-800 ), что и в экспериментах на установ ке Z-Machine. Эти эксперименты позволили приписать электронную темпера туру каждому Fe спектру в диапазоне температур Te ~100-400 эВ, ожидаемых в плазме А-К промежутка установки Z-Machine.

В разделе 3.5 приведены результаты теоретических расчетов длин волн для переходов в ионах FeIII-FeXVIII, вероятностей переходов, ионизационного рав новесия, интенсивностей линий. Эти расчеты позволили синтезировать спектры железа для различных электронных температур Te и с различным спектральным разрешением /.

В разделе 3.6 приведены результаты экспериментов с лазерной плазмой и в плазме А-К промежутка. В результате экспериментальных исследований лазер ной плазмы Fe можно выделить три области спектра, чувствительных к темпера туре: структура спектра при высоком спектральном разрешении (спектральный диапазон ~30-90 ), длина волны max максимума распределения интенсивности с низким спектральным разрешением, а так же структура нулевого порядка. Эти области спектра могут быть использованы для диагностики Fe плазмы. Приво дится экспериментальная и теоретическая зависимость длины волны max, соот ветствующей максимуму интенсивности спектрального распределения, от элек тронной температуры Te (Рис.3a).

а b Рис.3. a - Экспериментальная и расчетная зависимости ln(max) от 1/Te (кэВ).

b - Спектр Fe плазмы, образующейся в конечном анод-катодном промежутке сильноточ ного импульсного генератора Z-Machine (Te=200 эВ).

В этом же разделе приводятся идентифицированные ВУФ спектры плазмы А-К промежутка в спектральном диапазоне =0-200 (Рис.4b). Наблюдаемый максимум спектрального распределения интенсивности max ~ 70 позволил оп ределить значение электронной температуры Te плазмы в А-К промежутке:

Te=(20040) эВ. В этом же разделе подробно обсуждаются дополнительные фак торы, которые могли бы влиять на измерение электронной температуры.

В разделе 3.7 сформулировано обоснование и сущность нового метода изме рения электронной температуры плазмы тяжелых элементов. В этом методе оп ределения электронной температуры Те плазмы тяжелых элементов Аz предлага ется сравнивать исследуемые спектры со спектрами хорошо диагностируемой лазерной плазмы (Рис.4). При этом используется важное свойство лазерной плазмы: при умеренных лазерных потоках наносекундных импульсов на мишени электронная температура горячего ядра плазмы зависит только от лазерного по тока и слабо зависит от атомного номера Аz мишени. Диагностика лазерной плазмы проводится по спектрам легких элементов, имеющих структуру [H]- и [He]-подобных ионов, для которых методы измерения электронной температуры хорошо разработаны. Спектры тяжелых элементов, в которых структура и рас пределение интенсивности очень чувствительны к Те, исследуются при тех же лазерных потоках на мишени, что и для легких элементов. Это позволяет припи сать определенную температуру каждому спектру. Этот метод может быть рас пространен на другие элементов (W, Mo, Sn) и на более широкий диапазон тем ператур.

New Method of Te Determination Z – Pinch Laser-Produced Plasmas Plasmas The same laser intensity Low Az Az Az EUV, X-Ray EUV, X-Ray X-Ray Spectra Spectra Spectra Comparison [H]-, [He]-like ions Te measurements Рис.4. Схема метода измерения температуры плазмы тяжелых элементов.

В Главе 4 приводится описание исследований по взаимодействию лазерной плазмы, содержащей многозарядные ионы, с поверхностью твердого тела (пре градой). Лабораторная высокотемпературная плазма, в отличие от астрофизиче ской, всегда ограничена по объему (стенки вакуумной камеры, окружающий плазму газ и т.д.), поэтому исследование взаимодействия плазмы с окружающи ми ее преградами приобретает фундаментальное значение. Здесь можно выде лить два аспекта взаимодействия – влияние плазмы на окружающие препятствия и изменение параметров самой плазмы при этом взаимодействии. В разделе 4. приводится краткий обзор работ по второму аспекту – влиянию взаимодействия с преградами на характеристики плазмы и, в особенности, на характеристики высокоионизованной лазерной плазмы. Взаимодействие лазерной плазмы, со держащей многозарядные ионы, с поверхностью твердого тела обладает не сколькими существенными особенностями. Прежде всего, имеется возможность варьировать условия образования лазерной плазмы на мишени и геометрию пре грады, изменяя характер взаимодействия и параметры приповерхностной плаз мы. Другая особенность состоит в возможности реализации интенсивных ре комбинационных процессов, когда температура в приповерхностной области мала для возбуждения многозарядных ионов. Это принципиально отличает эти источники рентгеновского излучения от источников, основанных на ударном взаимодействия высокоскоростных потоков атомов или малозарядных ионов с преградами. В разделе 4.2 описаны наши эксперименты, выполненные в ФИАН, когда впервые было обнаружено интенсивное рентгеновское излучение в резо нансных линиях [Н]- и [Не]- подобных ионов при взаимодействии факела Mg лазерной плазмы с поверхностью твердого тела. При анализе этих первых экспе риментальных данных был сделан вывод, что излучение в приповерхностной области связано с захватом электронов на высокие уровни многозарядных ионов Mg и последующим каскадированием за счет радиационных и столкновитель ных процессов. Для окончательных выводов по идентификации процессов, от ветственных за излучение в приповерхностной плазме, потребовались дополни тельные и многочисленные эксперименты по исследованию спектров и про странственно-временной структуры излучения в приповерхностной плазме.

Описание этих исследований приведено в разделе 4.3. Для создания лазерной плазмы использовалось излучение второй гармоники лазера на Nd-стекле (энер гия до 10 Дж, длительность ~2 нc, см. раздел 7.2). Излучение лазера фокусиро валось линзой с f=300 мм на массивную магниевую мишень, плоскость которой составляла угол 45° с осью лазерного пучка (Рис.5). На пути распространения факела лазерной плазмы на расстоянии r0=1,2 мм от мишени устанавливалась плоская преграда, ориентированная перпендикулярно к оси разлета факела. В качестве материала преграды служили алюминий или полиэтилен. Для исследо вания излучения в зазоре мишень – преграда использовалась различные методы диагностики. Рентгеновские спектры с пространственным разрешением r мкм исследовались с помощью фокусирующих кристаллических спектрографов Гамоша (диапазон спектра =610, спектральное разрешение /=700 для лазерной плазмы и /=100 у поверхности преграды) и Иоганна ( =99,5, /=10000). Камеры-обскуры регистрировали изображения плазмы с r мкм в диапазонах 10 и 200. Для изучения пространственно временной структуры излучения использовались электронно-оптические камеры (ЭОК). В видимом диапазоне =40007000 временное разрешение составля ло t 0,2 нс, пространственное разрешение - r 20 мкм, в рентгеновском (ЭОК + сцинтиллятор, =810 ): t 2,5 нс, r 50 мкм. В качестве примера на Рис.5 приведено изображение лазерной плазмы в зазоре мишень—преграда в свете линий главных серий [Н]- и [He]-подобных ионов Mg, полученное с по мощью спектрографа Гамоша.

Рис.5. Изображение лазерной плазмы в зазоре мишень—преграда в свете линий главных серий [Н]- и [He]-подобных ионов Mg, полученное с помощью спектрографа Гамоша.

На пространственной структуре рентгеновских спектров (раздел 4.3.2) от четливо наблюдались две пространственно разделенных области линейчатого излучения: лазерная плазма на мишени и область пересечения лазерного факела с поверхностью преграды (Рис.5). Спектры в приповерхностной области имели важные особенности. Во-первых, в спектрах содержались только линии главных серий ионов MgXII и MgXI и, в отличие от спектра горячего ядра лазерной плазмы, не наблюдались сателлиты резонансных линий [Н]- и [Не]-ионов маг ния. Это указывает на то, что у поверхности преграды процессы, при которых образуются сателлиты (диэлектронная рекомбинация, возбуждение внутренних оболочек электронным ударом), не играли существенной роли. Другой важной особенностью спектров приповерхностной области являлось отсутствие рентге новских линий материала преграды. Это может быть связано со значительно бо лее низкой температурой электронов в этой области по сравнению с горячим ядром лазерной плазмы.

Рис.6. Схема пространственно-временной структуры видимого излучения в зазоре пре града - мишень: I - область свободного разлета плазмы;

II - область взаимодействия с прегра дой;

III - излучение на фронте ударной волны;

IV- столкновение двух волн разгрузки;

v0 - ско рость лазерного факела;

vу.в. - скорость ударной волны;

vp, vp’ - скорость двух волн разгрузки На пространственно-временных диаграммах видимого излучения в зазоре мишень – преграда можно выделить четыре характерных зоны, разделенных по пространству и времени (Рис.6): I — зона, непосредственно примыкающая к магниевой мишени и соответствующая свободному невозмущенному разлету ла зерной плазмы;

II — зона взаимодействия факела лазерной плазмы с поверхно стью твердого тела;

III — свечение на фронте отходящей от преграды ударной волны;

IV — зона поздней стадии разлета. Подробное описание параметров и структуры излучения в каждой зоне приводится в разделе 4.3.4.

При исследовании пространственно-временной структуры мягкого рентге новского излучения в зазоре преграда - мишень основной вклад в интенсивность излучения давали резонансные линии [H]- и [He]-подобных ионов магния, со держащихся в лазерной плазме (см.раздел 7.3). Наблюдалось интенсивное све чение у поверхности преграды с длительностью, практически совпадавшей с длительностью взаимодействия факела лазерной плазмы с поверхностью пре грады. В отличие от видимого диапазона на рентгеновских пространственно временных развертках отсутствовало свечение на фронте ударной волны. Про ведено детальное сопоставление результатов по видимым и рентгеновским раз верткам излучения, а также с результатами по изучению пространственной структуры рентгеновского и ВУФ излучения с помощью камер-обскур (раздел 4.3.5). Показано, что для объяснения результатов в рентгеновском диапазоне на ряду с эффектом ударной волны необходимо учитывать и другие процессы (теп лоотвод на преграду, радиационные потери, распыление вещества преграды и др.).

Параметры горячего ядра лазерной плазмы (раздел 4.3.3) определялись с помощью методов, описанных в Главе 1. Температура электронов составляла величину Te~550 – 700 эВ, плотность электронов Ne~1020 – 1021 см-3, зарядовый состав содержал в основном ядра, [Н]- и [Не]-подобные ионы в соотношении концентраций 1:3:3 соответственно.

Различные физические механизмы, связанные с образованием ударной вол ны, теплопередачей на преграду и ионизацией атомов преграды, приводят к об разованию вблизи преграды плотной и холодной плазмы. Спектр излучения ин тенсивных линий [Н]- и [He]-подобных ионов Mg имеет рекомбинационный ха рактер, что потребовало особого подхода к диагностике приповерхностной плазмы (раздел 4.3.6). Температура электронов Тe в области пересечения факела магниевой плазмы с поверхностью преграды определялась по наклону фоторе комбинационного непрерывного спектра MgXII—MgXI и составила величину Тe 50 - 120 эВ в зависимости от параметров лазера от выстрела к выстрелу.

В случае рекомбинирующей плазмы определение электронной плотности по отношению интенсивностей резонансной и интеркомбинационной линий и ана лиз отклонения населенностей возбужденных уровней от термодинамически равновесных потребовало специальных дополнительных теоретических иссле дований (разделы 4.3.6 и 4.3.7). В результате была рассчитана зависимость от плотности электронов Ne отношения интенсивностей резонансной и интерком бинационной линий (раздел 4.3.6). Сравнение с экспериментальными результа тами позволило измерить Ne =(2,5 3,0)1019 см-3.

Исследование населенностей возбужденных уровней и их отклонений от термодинамического равновесия, проведенное в разделе 4.3.7, представляет большой интерес как для понимания кинетики образования линий в плазме, так и для различных приложений (диагностика плазмы, определение степени инвер сии и др.). Сравнение экспериментальных и теоретически рассчитанных насе ленностей возбужденных уровней также позволило определить электронную плотность в приповерхностном слое Ne = (14)1019 см-3. В пределах погрешно сти эксперимента это согласуется с величиной, полученной по отношению ин тенсивностей резонансной и интеркомбинационной линий - Ne = (2,53,0) см-3. Как показало сравнение результатов теоретических расчетов с эксперимен тальными данными, механизмом заселения уровней является радиационно столкновительная рекомбинация, т. е. трехчастичная рекомбинация на высоко возбужденные уровни с последующей диффузией вниз по уровням. Вклад меха низма прямого фоторекомбинационного заселения мал.

Итоги исследований подведены в разделе (4.3.8), в котором приведено срав нение параметров двух источников спектров [Н]- и [He]-подобных ионов маг ния, формируемых в горячем ядре лазерной плазмы и в зоне взаимодействия фа кела лазерной плазмы с поверхностью твердого тела.

Исследования по изучению структуры и интенсивности рентгеновского из лучения при различных расстояниях плазма - преграда были выполнены в Уни верситете Бригхама Янга (BYU, Юта, США) (раздел 4.4). В этих экспериментах при столкновении лазерной плазмы с преградой также наблюдалось интенсив ное рентгеновское излучение. Пространственная структура и интенсивность из лучения исследовалась при различных расстояниях мишень- преграда (r0 = 0,3 3,0 мм).

Показано, что интенсивное излучение около преграды вызвано скачком плотности электронов в ударной волне, образующейся около преграды. При ма лых расстояниях мишень-преграда r0v (v – скорость разлета лазерной плаз мы, - длительность лазерного импульса) приповерхностное излучение вызвано процессами возбуждения. При расстояниях r0 0,3 мм полная интенсивность этого излучения может даже превышает интенсивность самой лазерной плазмы.

При расстояниях r0v излучение вызвано рекомбинационными процессами (трехчастичная рекомбинация).

В разделе 4.5 приводится общее описание метода и перспективы его ис пользования в некоторых приложениях. Когда лазерное излучение фокусируется на твердотельную мишень с интенсивностью выше ~1012 Вт/cм2, образуется вы сокотемпературная и плотная плазма. Типичные параметры этой плазмы: темпе ратура электронов - Te ~ 100 эВ несколько кэВ, плотность электронов, Ne Nc (Nc – критическая плотность для лазерного излучения), заряд ионов Z~1020 (в зависимости от атомного номера мишени). Затем эта плазма быстро расширяется в вакуум со скоростью разлета v0~107 -108 смсек-1. Во время разлета электронная температура и плотность уменьшаются, в то время как степень ионизации оста ется приблизительно той же самой – имеет место так называемая закалка сте пени ионизации из-за медленности рекомбинационных процессов. Когда такая плазма сталкивается с преградой, происходит несколько важных процессов.

Первым является стагнация плазмы, вызванная образованием ударной волны около преграды. Интенсивное рентгеновское излучение около преграды вызвано скачком электронной плотности в ударной волне. Ответственными за это излу чение могут быть как процессы возбуждения (малые расстояния лазерная ми шень – преграда), так и трехчастичная рекомбинация (большие расстояния ла зерная мишень – преграда). Таким образом, присутствие преграды на пути раз лета лазерной плазмы может эффективно изменять параметры плазмы. Зачастую такие параметры не могут быть осуществлены в обычной плазме. Примером может служить ситуация, когда многозарядные ионы создаются в высокотемпе ратурной лазерной плазме, а излучают в холодной и плотной плазме пристеноч ного слоя (раздел 4.3). В зависимости от расстояния лазерная мишень-преграда и длительности лазерного импульса при этом взаимодействии могут быть реали зованы различные процессы (возбуждение, рекомбинация, перезарядка). Все эти процессы приводят к созданию нового интенсивного источника рентгеновского излучения. Этот источник обладает новыми радиационными характеристиками и новым видом рентгеновского спектра. Изучение этого источника является инте ресным как для фундаментальной физики, так и для многочисленных практиче ских приложений. В этом разделе также рассматривается возможность исполь зования лазерной плазмы, взаимодействующей с преградой, для моделирования низкотемпературной приповерхностной плазмы в установках с магнитным удержанием плазмы. Приводится краткое описание соответствующих экспери ментов по взаимодействию лазерной плазмы, содержащей малозарядные ионы, с поверхностью твердого тела, проведенных в ФОМ Институте физики плазмы (Нидерланды). В конце раздела приведено обоснование нового метода для соз дания полых ионов при прямом взаимодействии ионов лазерной плазмы с по верхностью твердого тела и рассмотрены условия такого взаимодействия.

В Главе 5 приводится краткий обзор, посвященный методам фемтосекунд ной диагностики плазмы, и результаты экспериментов, выполненных в Институ те теплофизики экстремальных состояний Объединенного института высоких температур РАН. В кратком обзоре (раздел 5.1) основное внимание уделяется таким вопросам, как рентгеновской диагностике плазменной короны, генерации быстрых электронов, непрерывного и характеристического излучения, методу pump-probe и измерению длительности рентгеновского импульса. Показано, что наиболее интересные практические приложения связаны с использованием ха рактеристического рентгеновского излучения. Отождествление и изучение про цессов генерации быстрых электронов и характеристического рентгеновского излучения приобретает фундаментальный характер. При этом необходимо ис следовать выход рентгеновского излучения в зависимости от многих парамет ров: интенсивности, длины волны, длительности и контраста лазерного излуче ния;

вида и атомного номера мишени;

условий фокусировки (поляризация, угол падения) на мишень и пр. Для практических приложений приобретает особое значение и оптимизация и измерение абсолютных величин выхода характери стического рентгеновского излучения в требуемом спектральном интервале.

Рис.7.

Пример характеристического спек тра Cu фемтосекундной лазерной плазмы (р-поляризация, =45, EL=30 мДж, одна вспышка лазера, спектральное разрешение /=1000).

В разделе 5.2 приводятся результаты исследований рентгеновского характе ристического К - излучения, возникающего при воздействии на металлические мишени (Fe, Cu) фемтосекундных импульсов инфракрасного диапазона спектра, генерируемых тераваттной лазерной системой с активной средой хром форстерит (1240 нм, 90 мДж, 80 фс). Для регистрации рентгеновских спектров с высоким спектральным разрешением использовался абсолютно калиброванный фокусирующий кристаллический спектрометр, высокая светосила которого по зволяла регистрировать спектры за одну – несколько вспышек лазера (Рис.7).

Измерен абсолютный выход К (до 4109 фотон/импульс) и коэффициент преоб разования энергии лазерного в К излучение (максимальная величина 0,03 %).

Исследован выход К излучения в зависимости от длины волны (0 и 20) и по ляризации падающего лазерного излучения на мишень (угол падения 45). Ис следована угловая зависимость интенсивности излучения от угла падения р поляризованного лазерного излучения. Обсуждаются механизмы образования быстрых электронов, ответственных за генерацию рентгеновского характери стического излучения.

Глава 6 посвящена работам по формированию интенсивных направленных квазимонохроматических потоков ВУФ излучения и рентгеновской - ВУФ спек троскопии лазерной плазмы с использованием многослойных структур. В разде ле 6.1 приводится краткий обзор работ по исследованию излучательных харак теристик лазерной плазмы в мягкой рентгеновской области спектра. Сформули рованы основные преимущества лазерной плазмы перед другими источниками рентгеновского излучения.

Раздел 6.2 посвящен исследованию абсолютного выхода излучения лазер ной плазмы для приложений в ВУФ литографии. Эксперименты проведены в ФОМ-Институте физики плазмы (Нидерланды). Приводятся результаты иссле дований по ВУФ спектроскопии лазерной плазмы (диапазон длин волн =124 170) и по измерению абсолютного выхода излучения для большого числа (16) материалов мишеней. Проведена диагностика лазерной плазмы по спектрам лег ких элементов и идентификация спектральных линий в плазме тяжелых элемен тов.

В разделе 6.3 приводятся результаты работ по формированию интенсивных направленных квазимонохроматических потоков ВУФ излучения из лазерной плазмы с использованием многослойных структур. Измеренная в экспериментах максимальная плотность потока в области ~182 достигала величины q= Вт/см2, а яркостная температура - Т70 эВ. Исследована возможность регистра ции изображений лазерной плазмы в излучении одной спектральной линии. Рас смотрены вопросы формирования изображений и новые возможности для диаг ностики плазмы, влияния разлета лазерной плазмы на измеряемые величины и использования субпикосекундной лазерной плазмы, формирования потоков по ляризованного излучения.

Раздел 6.4 посвящен рентгеновской и ВУФ спектроскопии лазерной плазмы с использованием новых многослойных структур. В Институте физики микро структур РАН (ИФМ РАН) были изготовлены две структуры – на основе пары W/B4C с периодом d = 12 и на основе пары Cr/Sc с периодом d = 37,5. Эти структуры использованы в спектрометре Гамоша для рентгеноспектральной ди агностики лазерной плазмы. Проведено сравнение коэффициентов отражения МС W/B4C и кристалла слюды. Спектры излучения, отраженного от МС и кри сталла слюды, формировались одновременно на оси спектрометра и регистриро вались одним и тем же ПЗС детектором. Пример спектра приведен на Рис.8а.

(нм) (МС) 1s2-1s2p [He] Wavelength, nm (ML) 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1. (CH2)n Target He # Интенсивность (отн. ед.) Intensity (arb.un.) H 1s2-1s3p [He] Intensity, arb. un a b 1s-2p [H] H 0.6 0.7 0.7 0.8 0.8 0. 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4. 5 0Wavelength, nm 5 (Mica) 5 (нм) (слюда) Wavelength (nm) Рис.8. a) Рентгеновский спектр Mg лазерной плазмы, зарегистрированный одновременно с помощью МС W/B4C (верхняя шкала) и кристалла слюды (нижняя шкала). Отмечены резо нансные линии H и He водородоподобного ([H]-) и гелиеподобного ([He]-) ионов Mg, сател литные линии (S) и линии главной серии в [He]-подобном ионе. b) ВУФ спектр CVI-CV ионов углерода, зарегистрированный с помощью МС Cr/Sc. Отмечены резонансные линии водородоподобного ([H]-) и гелиеподобного ([He]-) ионов и переход 1-3 в [He]-ионе.

Электронная температура Te = 60 эВ.

На Рис. 8b приведен спектр излучения плазмы углерода, зарегистрированный с помощью МС Cr/Sc в качестве дисперсионного элемента. Светосила спектро метра Гамоша с многослойными дисперсионными элементами в десятки-сотни раз превышает светосилу традиционных дифракционных спектрографов сколь зящего падения при сопоставимом спектральном разрешении. Высокая чувстви тельность спектрометра позволила регистрировать спектры за одну вспышку лазера при очень низкой энергии лазерного импульса: 1-10 мДж. Рассмотрены преимущества и перспективы использования многослойных структур в рентге новской и ВУФ спектроскопии плазмы.

В Главе 7 приводится описание приборов, техники и методов, используемых в этой экспериментальной работе. В разделе 7.1 дается общая характеристика прибо ров и детекторов и их основные параметры. Спектральный диапазон регистрации составлял от видимого до рентгеновского, спектральная разрешающая сила / достигала величин / ~20003000, пространственное разрешение Х ~ 10 мкм и временное разрешение t ~ 0,1 нс. В ходе выполнения этой работы потребовалась разработка разнообразной спектральной аппаратуры, позволяющей решать постав ленные задачи с максимальной эффективностью и качеством. Одновременное ис пользование различных приборов и детекторов позволило существенно расширить возможности эксперимента и дополнить экспериментальные данные. В результате создан комплекс уникальной спектральной аппаратуры, включающий светосиль ные кристаллические спектрометры, дифракционные спектрометры, детекторы из лучения. Разработаны методы монохроматизации рентгеновского излучения и аб солютной калибровки спектрометров и детекторов.

В разделе 7.2 приводится описание лазерных установок, используемых для создания лазерной плазмы. Эксперименты проводились в широком диапазоне лазерных параметров: с плотностью потока лазерного излучения на мишени от 1012 до 1018 Вт/см2, с длительностью импульса от 80 фс до 30 нс, с энергией в импульсе от нескольких мДж до ~ 20 Дж. Основные результаты получены на ла зерной установке Феникс, расположенной в отделе спектроскопии Отделении оптики ФИАН и собранной совместно с ИОФАН под руководством Ю.С.Касьянова. Параметры лазерного импульса этой установки: длина волны 1,06 мкм и 0,53 мкм, максимальная энергия импульса 1020 Дж, длительность импульса 2 – 5 нс, максимальная плотность потока на мишени – q=1015 Вт/см2.

В разделе 7.3 описывается метод монохроматизации линейчатого рентге новского излучения лазерной плазмы. В этом методе используется специальная комбинация материала лазерной мишени и К- поглощающих фильтров. Лазер ные мишени со средними атомными номерами Za выбираются так, чтобы в ла зерной плазме возбуждались [H]- и [He]-подобные ионы. К- поглощающие фильтры пропускают излучение в узком спектральном диапазоне, в котором на ходятся только резонансные линии [H]- и [He]-подобных ионов. Этот метод мо нохроматизации успешно использовался для калибровки фокусирующего кри сталлического спектрометра Гамоша и для измерения квантовой эффективности и чувствительности ПЗС линейки, используемой в качестве рентгеновского де тектора. Вклад непрерывного спектра, характеризуемый контрастом излучения отношением интенсивности линейчатого излучения к непрерывному излучению, подробно изучен как экспериментально, так и теоретически.

В разделе 7.4 приводится описание детекторов излучения, использовав шихся в этой работе: PIN диоды, электронно-оптические преобразователи, сцин тилляционный детектор, фотографические пленки, ПЗС детекторы. Для ПЗС де текторов (Toshiba TCD 1304 AP) приводятся данные, полученные в этой работе, по абсолютной калибровке чувствительности, по измерению динамического диапазона, квантовой эффективности и детектирующей способности в рентге новском диапазоне спектра.

В разделе 7.5 приводится описание дифракционных спектрометров, пред назначенных для проведения спектральных исследований в вакуумно ультрафиолетовой (ВУФ) области спектра (=20-800 ). В работе использова лись два вида спектрометров – спектрометры скользящего падения с дифракци онной решеткой на отражение (GIS) и спектрометры с дифракционной решеткой на пропускание (TGS).

Раздел 7.6 посвящен описанию кристаллических спектрометров. Основны ми спектральными приборами в этой диссертационной работе являлись спек трометры, выполненные по схеме Гамоша (Рис. 10). Эти спектрометры исполь зовались практически во всех экспериментах. В разделе 7.6.1 подробно рассмат риваются параметры этого спектрометра: геометрические характеристики, дис персия, пространственное разрешение, светосила, спектральный диапазон, спек тральное разрешение, мозаичная фокусировка. Продемонстрированы сущест венные преимущества этой схемы для регистрации излучения квазиточечных источников излучения: высокая светосила в широком спектральном диапазоне, высокое спектральное разрешение, пространственное разрешение, мозаичная фокусировка, линейный фокус и т.д. В качестве детекторов излучения в спек трометре использовались фотопленки УФ-ВР и Kodak 2492, ЭОП со сцинтилля тором и ПЗС линейка. Параметры этих детекторов приведены в разделе 7.4.

Рис.9. Cхема спектрометра Гамоша с регистрацией спектра на оси спектрометра.

Для регистрации спектров в абсолютной шкале интенсивности спектрометр Гамоша был калиброван по чувствительности. Проводилась калибровка как все го спектрометра, так и его частей – кристаллов (слюда, пирографит) и ПЗС де тектора. Так, для модификации спектрографа с кристаллом слюды (R=20 мм) и с регистрацией на фотопленку Kodak RAR 2492 определена светосила спектро метра и интегральный коэффициент отражения cлюды как на отдельных длинах волн (порядок отражения слюды n= I – V), так и непрерывный ход коэффициен та отражения слюды в широком диапазоне спектра (n = I) (Рис. 10). В случае ис пользования ПЗС линейки в качестве детектора излучения определена светосила и минимальная экспозиция (детектирующая способность) спектрометра для раз личных длин волн. Высокая чувствительность ПЗС линейки и высокая светосила спектрометра Гамоша позволили регистрировать спектры при очень низкой энергии лазерного импульса (вплоть до 20-40 мДж для Mg плазмы). В большин стве случаев требовалось существенное ослабление ( в ~ 102 - 104 раз) падающе го на детектор излучения, чтобы избежать насыщения ПЗС. По этой причине спектрометр Гамоша с ПЗС детектором является чрезвычайно эффективным для изучения слабоинтенсивных источников рентгеновского излучения (фемтосе кундной лазерной плазмы, различного типа микропинчей, и др.) и может ис пользоваться в многочисленных практических приложениях (спектроскопия плазмы, рентгеновский флуоресцентный анализ, EXAFS спектроскопия, и др.).

Приводятся примеры рентгеновских спектров многозарядных ионов, возбуж даемых в лазерной плазме (Рис.11).

Рис.10. Измеренный интегральный коэффициент отражения [rad] cлюды в первом по рядке отражения (сплошная кривая).

Рис.11. Примеры спектров лазерной плазмы, зарегистрированные с помощью спектро метра Гамоша с кристаллом слюды (слева): Fe (энергия лазерного импульса ЕL=2,3 Дж, n=V) и с кристаллом пирографита (справа): Ti (ЕL=1 Дж, n=I).

В конце раздела рассматривается возможность практического применения спектрометра Гамоша в рентгеновском флуоресцентном анализе.

В разделе 7.6.2. приводится описание спектрометра на жесткую рентге новскую область спектра. Для этого предложено использовать сканирующий кристаллический кварцевый фокусирующий спектрометр, выполненный по схе ме ДюМонда. Рассмотрены геометрия, параметры спектрометра и приводятся данные тестирования спектрометра с помощью рентгеновской трубки. Спектро метр обладает высокой эффективностью (~103 раз большей, чем для плоского кристалла) и может использоваться для записи спектров с энергией квантов Е 50 кэВ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Исследованы многочисленные рентгеновские спектры многозарядных ионов лазерной плазмы различных элементов (Az=674) в широком спектраль ном диапазоне (=1,5 200 ) и в широком диапазоне лазерных параметров и условий фокусировки: с плотностью потока лазерного излучения на мишени от 1012 до 1018 Вт/см2, с длительностью импульса от 80 фс до 30 нс, с энергией в импульсе от нескольких мДж до ~ 20 Дж. По этим спектрам проведена диагно стика плазмы – измерена электронная температура (диапазон измерений Те= 1400 эВ) и плотность (Nе=1019 1021см-3), определен зарядовый состав, проведе ны количественные (абсолютные) измерения интенсивностей и изучены процес сы, ответственные за излучение плазмы.

2. В спектрах [Нe]- подобных ионов Ca и Ti, излучаемых в лазерной плазме, измерены длины волн сателлитов резонансных линий с точностью /, лучшей 104. Проведено сопоставление с теоретическими расчетами. Ме тод теории возмущений по параметру 1/Z дает результаты, хорошо согласую щиеся с экспериментом. В этих же спектрах изучено распределение интен сивностей в группе диэлектронных сателлитов и проведено сопоставление с теоретическими расчетами. Расчет методом теории возмущений по параметру 1/Z удовлетворительно описывает относительные интенсивности сильных ди электронных сателлитов (j и k), по которым определяется температура элек тронов. Результаты исследований использованы для диагностики высокотем пературной лазерной плазмы (диапазон электронных температур Те= эВ) и плазмы сильноточных Z-пинчей (Те=370520 эВ).

3. Исследован зарядовый состав с z = 20 25 лазерной плазмы железа по спектрам в области резонансной линии [He] - подобных ионов по относи тельным интенсивностям групп сателлитных линий, принадлежащих ионам различной кратности ионизации. Проведено сравнение измеренных относи тельных концентраций ионов с результатами расчетов ионизационного рав новесия для случая корональной (Ne = 0) и плотной (Ne = 1020 1022 см-3) плазмы. Показано, что в условиях плотной высокотемпературной лазерной плазмы необходимо учитывать эффект влияния плотности электронов на ско рость диэлектронной рекомбинации.

4. Разработан новый спектроскопический метод определения электронной температуры плазмы тяжелых элементов, который основан на сравнении иссле дуемых спектров со спектрами хорошо диагностируемой лазерной плазмы.

5. Проведены эксперименты по ВУФ спектроскопии плазмы, создаваемой в конечном анод-катодном (А-К) промежутке сильноточного импульсного генера тора Z-Machine (SNL), а также теоретические и экспериментальные исследо вания ВУФ спектров ионов железа в хорошо диагностируемой лазерной плазме.

Сравнение экспериментальных и теоретических спектров позволило измерить электронную температуру Te плазмы в A-K промежутке Te = (200±40) эВ.

6. Экспериментально показано, что при взаимодействии высокотемператур ной лазерной плазмы с поверхностью твердого тела (преградой) возникает ин тенсивное излучение в линиях многозарядных ионов. Исследованы динамика взаимодействия (пространственно-временная структура излучения в видимом и рентгеновском диапазонах), спектры многозарядных ионов, выполнена диагно стика приповерхностной плазмы. Показано, что при этом взаимодействии реа лизуется уникальная ситуация, когда многозарядные ионы, зарядовый состав (Z~10) которых формируется в горячем ядре (Те~0,5 1 кэВ) лазерной плазмы, излучают в плотной {Ne=(14) 1019 см3} и холодной {Те=50-100 эВ} плазме приповерхностного слоя.

7. Исследованы спектры и характеристики K излучения, возникающего при воздействии на металлические мишени (Fe, Cu) фемтосекундных импульсов ин фракрасного диапазона спектра, генерируемых тераваттной лазерной системой с активной средой хром-форстерит.

9. Применение новых многослойных структур в качестве дисперсионных элементов позволило регистрировать излучение в диапазонах спектра от рентге новского до ВУФ (~9 - 40 ), и достигнуть повышенной светосилы, в 40 раз превышающей светосилу традиционных дифракционных спектрометров с ре шетками скользящего падения.

10. Разработан комплекс уникальной спектральной аппаратуры (светосиль ные кристаллические рентгеновские и ВУФ спектрометры, дифракционные ВУФ спектрометры, детекторы излучения), позволяющий регистрировать рент геновское и ВУФ излучение лазерной плазмы в спектральном диапазоне ~ 1,5 200, со спектральным разрешением / вплоть до /~2000, временным раз решением - до 2 нс, пространственным разрешением – до 50 мкм. Подробно изу чены параметры и характеристики спектрометров, проведена их калибровка, что позволило измерять абсолютный выход рентгеновского излучения и другие ко личественные радиационные характеристики плазмы. С использованием мето дов рентгеновской спектроскопии эти приборы позволили проводить измерения температуры электронов в диапазоне от 60 эВ до 1400 эВ.

Список цитируемой литературы 1. Эдлен, Б. Измерение длин волн в вакуумной ультрафиолетовой области спек тра / Б.Эдлен // УФН.1966. Т. 89, вып. 3. С. 483-510.

2. Басов, Н.Г. Условия разогрева плазмы излучением оптического генератора / Н.Г. Басов, О.Н. Крохин // ЖЭТФ. 1964. Т.46, вып. 1. С. 171-175.

3. Fawcett, B.C. Extreme ultra-violet spectra from laser-produced plasmas / B.C.

Fawcett, A.H. Gabriel, F.E. Irons, N.J. Peacock, P.A.H. Saunders // Proc. Phys.

Soc. 1966. V. 88. P. 1051-1053.

4. Басов, Н.Г. Получение спектров многозарядных ионов при фокусировке из лучения лазера на твердую мишень / Н.Г. Басов, В.А. Бойко, Ю.П. Воинов, Э.Я. Кононов, С.Л. Мандельштам, Г.В. Склизков // Письма ЖЭТФ. 1967. Т.5, вып.6. С. 177-180.

5. Астрономия. Рентгеновское излучение Солнца и других космических объек тов. Итоги науки и техники. Астрономия. Т.9.-М.: ВИНИТИ, 1974.-275 с.

6. Собельман, И.И. Введение в теорию атомных спектров / И.И. Собельман. М.: Физматгиз, 1963. - 640 с.

7. Пресняков, Л.П. Рентгеновская спектроскопия высокотемпературной плазмы / Л. П. Пресняков // УФН. 1976. Т. 119. С. 49 - 74.

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

Виноградов, С.А. Пикуз, И.Ю. Скобелев, А.Я. Фаенов. - Итоги науки и тех ники: Радиотехника. Т. 27. - М. ВИНИТИ, 1980.

9. Вайнштейн, Л.А. Возбуждение и уширение спектральных линий / Л.А.

Вайнштейн, И.И. Собельман, Е.А. Юков. - М.: Наука, 1979. – 320 c.

10. Пресняков, Л.П. Элементарные процессы с участием многозарядных ионов / Л.П. Пресняков, В.П. Шевелько, Р.К. Янев. - М.: Энергоатомиздат, 1986.- с.

11. Вайнштейн, Л.А. Структура и характеристики ионов в горячей плазмы / Л.А.

Вайнштейн, В.П. Шевелько. - М.: Наука, 1986. - 216 c.

12. Басов, Н.Г. Диагностика плотной плазмы. под ред. Н.Г. Басова / Н.Г. Басов, Ю.А. Захаренков, А.А. Рупасов, Г.В. Склизков, А.С. Шиканов. - М.: Наука.

Гл. ред. физ.-мат.лит., 1989. - 368 c.

13. Ананьин, О.Б. Лазерная плазма. Физика и применение / О.Б. Ананьин, Ю.В.

Афанасьев, Ю.А. Быковский, О.Н. Крохин. - М.: МИФИ, 2003. - 400 c.

14. Moses, E.I. A new era for high-energy-density physics / E.I. Moses, R.L.

McCrory, D.D. Meyerhofer, C.J. Keane // Optics and Photonics News. 2009. V. 20.

№ 5. P. 42-47.

15. Солнечно - земная физика: Результаты экспериментов на спутнике КОРОНАС-Ф / Под. ред. В.Д. Кузнецова. – М: ФИЗМАТЛИТ, 2009. – 488 с.

16. Ryutov D.D. The physics of fast Z-pinches / D.D. Ryutov, M.S. Derzon, M.K.

Matzen // Rev. Mod. Phys. 2000. V. 72, № 1. P. 167-215.

17. Ceglio, N.M. Revolution in X-Ray Optics / N.M.Ceglio // J. X-Ray Sci. Technol.

1989. V. 1. P. 7-78.

18. Attwood, D. Soft X-Rays and Extreme Ultraviolet Radiation. Principles and Appli cations / D. Attwood. - Cambridge University Press, 2000. – 504 p.

19. EUV Sources for Lithography. Ed. Vivek Bakshi. - SPIE Press, Billingham, Wash ington USA, 2006. - 1043 p.

20. Виноградов, А.В. Зеркальная рентгеновская оптика / А.В. Виноградов, И.А.

Брытов, А.Я. Грудский, М.Т. Коган, И.В. Кожевников, В.А. Слемзин. - Л.:

Машиностроение, 1989. - 463 с.

21. Виноградов, А.В. Многослойная рентгеновская оптика / А.В. Виноградов // Квантовая электроника. 2002. Т. 32, вып. 12. С. 1113-1121.

Список работ, в которых опубликованы основные результаты диссертации (авторский список, работы из списка ВАК отмечены *) 1. * Касьянов, Ю.С. Исследование временного хода рентгеновского спектра алюминиевой лазерной плазмы / Ю.С. Касьянов, М.А. Мазинг, В.К. Чево кин, А.П. Шевелько // Письма ЖЭТФ. 1977. Т. 25. С. 373-376.

2. * Шевелько, А.П. Светосильный рентгеновский спектрограф с вертикальной фокусировкой для исследования лазерной плазмы / А.П. Шевелько // Кванто вая электроника. 1977. Т. 4. С. 2013-2015.

3. * Горбунов, Л.М. Спектрально-временные измерения излучения рассеянного назад лазерной плазмой / Л.М. Горбунов, Ю.С. Касьянов, В.В. Коробкин, А.Н. Поляничев, А.П. Шевелько // Письма ЖЭТФ. 1978. Т. 27. С. 242-246.

4. * Beigman, I.L. On the Ionization Equilibrium in High-temperature Plasmas / I.L.

Beigman, B.N. Chichkov, M.A. Mazing, A.P. Shevelko, A.M. Urnov // Physica Scripta. 1981. V. 23, № 1. P. 236-240.

5. Горбунов, Л.М. Исследование рассеяния света в лазерной плазме / Л.М.Горбунов, Ю.С.Касьянов, В.В.Коробкин, А.Н.Поляничев, А.П.Шевелько // Препринт ФИАН №126, Москва, 1979. - 40 с.

6. * Chichkov B.N. On experimental study of the dielectronic recombination rate / B.N. Chichkov, M.A. Mazing, A.P. Shevelko, A.M. Urnov // Phys. Lett. 1981. V.

83A, № 1. P. 401-403.

7. * Мазинг, М.А. Зависимость коэффициента контрастности фотопленки УФ-ВР от длины волны рентгеновского излучения (=2,6-11 ) / М.А. Мазинг, B.В.

Мольков, А.П. Шевелько, М.Р. Шпольский // ПТЭ. 1981. № 5. С. 188-190.

8. * Пресняков, Л.П. Интенсивное рентгеновское излучение при взаимодействии факела лазерной плазмы с поверхностью твердого тела / Л.П. Пресняков, А.П.

Шевелько // Письма ЖЭТФ. 1982. Т. 36. С. 38-40.

9. * Вайнштейн, Л.А. Длины волн и энергии уровней диэлектронных сателлитов линий главной серии гелиеподобных ионов / Л.А. Вайнштейн, М.А. Мазинг, А.П. Шевелько // Крат. сообщ. физ. ФИАН. 1983. № 1. С. 41-46.

10. Пироговский, П.Я. Пространственно-временная структура излучения при взаимодействии факела лазерной плазмы с поверхностью твердого тела / П.Я.

Пироговский, А.П. Шевелько // Препринт ФИАН № 82, Москва, 1984. – 24 с.

11.* Mazing, M.A. Interaction of a laser produced plasma with a solid surface / M.A.

Mazing, P.Ya. Pirogovski, A.P. Shevelko, L.P. Presnyakov // Phys. Rev. 1985. V.

A32. P. 3695-3698.

12. * Мазинг, М.А. Спектры гелиеподобных ионов СаXIX и TiXXI в лазерной плазме. I. Длины волн сателлитных линий / М.А. Мазинг, А.М. Панин, А.П.

Шевелько // Оптика и спектроскопия. 1985. Т. 59. С. 962-966.

13. * Киркин, А.Н. Регистрация линейчатых рентгеновских спектров лазерной плазмы в области 1-10 с помощью ПЗС / А.Н. Киркин, Р.Г. Мирзоян, П.Я.

Пироговский, А.П. Шевелько // Краткие сообщения по физике ФИАН. 1986.

№ 1. С. 26-27.

14. * Мазинг, М.А. Спектры гелиеподобных ионов СаXIX и TiXXI в лазерной плазме. II. Интенсивности диэлектронных сателлитов / М.А. Мазинг, А.М.

Панин, А.П. Шевелько // Оптика и спектроскопия. 1986. Т. 60. С. 910-915.

15. Пироговский, П.Я. Интенсивное рентгеновское излучение многозарядных ионов лазерной плазмы, взаимодействующей с преградой / П.Я. Пироговский, Л.П. Пресняков, А.П. Шевелько // В сб. Первый советско-британский симпо зиум по спектроскопии многозарядных ионов, Троицк, 1986. - C. 45-46.

16. Мазинг, М.А. Ионизационный состав лазерной плазмы / М.А. Мазинг, А.П.

Шевелько // Труды ФИАН. 1987. Т. 179. С. 3-14.

17. Мазинг, М.А. Спектры гелиеподобных ионов СаXIX и TiXXI в лазерной плазме / М.А. Мазинг, А.П. Шевелько // Труды ФИАН. 1987. Т. 179. С. 15-38.

18. * Арцимович, В.Л. Формирование направленного интенсивного ВУФ излу чения из лазерной плазмы / В.Л. Арцимович, С.В. Гапонов, Ю.С. Касьянов, Б.М. Лускин, Н.Н. Салащенко, И.И. Собельман, А.П. Шевелько // Письма ЖЭТФ. 1987. Т. 46. С. 311-314.

19. * Пироговский, П.Я. Пространственно-временная структура рентгеновского излучения в области взаимодействия лазерной плазмы с поверхностью твер дого тела / П.Я. Пироговский, А.П. Шевелько // Краткие сооб. физ. ФИАН.

1988. № 4. С. 45-47.

20.Васильев, А.А. Спектроскопические исследования факела лазерной плазмы с помощью многослойных интерференционных зеркал / А.А. Васильев, С.Е.

Смирнов, А.П. Шевелько // XX Всесоюзный съезд по спектроскопии. Тезисы докладов.1988. Часть I.– Киев: Изд. Наукова думка, 1988. - C. 36.

21. * Beigman, I.L. Interaction of a laser-produced plasma with a solid surface: soft x ray spectroscopy of high-Z ions in a cool dense plasma / I.L. Beigman, P.Ya. Pi rogovskiy, L.P. Presnyakov, A.P. Shevelko, D.B. Uskov // J. Phys. B: At. Mol.

Opt. Phys. 1989. V. 22. P. 2493-2502.

22. * Васильев, А.А. Многослойные зеркала нормального падения для экстре мального ультрафиолетового излучения / А.А. Васильев, С.В. Гапонов, С.А.

Гусев, В.В. Дубров, И.Г. Забродин, А.И. Кузьмичев, Б.М. Лускин, Н.Н. Сала щенко, В.А. Слемзин, И.И. Собельман, А.П. Шевелько // ЖТФ. 1990. Т. 60, вып. 5. С. 85-96.

23. * Gaponov, S.V. Normal-Incidence Multilayer Mirrors for the 120-450 Wave length Region / S.V. Gaponov, S.A. Gusev, V.V. Dubrov, A.I. Kuzmichev, B.M.

Luskin, N.N. Salashchenko, A.P. Shevelko, V.A. Slemzin, I.I. Sobelman, I.G. Zab rodin // J. X-Ray Sci. Tech. 1990. V. 2. P. 241-248.

24. Bijkerk, F. Laser-Plasma XUV Sources, a Role for Excimer Lasers? / F. Bijkerk, A.P. Shevelko // Proc. SPIE. 1991. V. 1503. P. 380-390.

25. * Presnyakov, L.P. Soft X-ray spectroscopy of high-Z ions in a cool and dense plasma / L.P. Presnyakov, A.P. Shevelko, D.B. Uskov // Z. Phys D. -Atoms Mol.

and Clusters. 1991. V. 21. P. 157-158.

26. Пироговский, П.Я. Спектроскопия многозарядных ионов в плотной и хо лодной плазме / П.Я. Пироговский, Л.П. Пресняков, Д.Б. Усков, А.П. Ше велько // Труды ФИАН. 1991. Т. 215. С. 1-28.

27. * Bijkerk, F. Absolute Brightness of Laser Plasmas in the Soft X-Ray Emission Band / F. Bijkerk, E. Louis, G.E. van Dorssen, A.P. Shevel'ko, A.A. Vasilyev // Appl. Opt. 1994. V. 33. P. 82-88.

28. Bijkerk, F. Optimization of excimer-laser induced x-ray sources for x-ray projec tion lithography / F. Bijkerk, L. Shmaenok, E. Louis, A.van Honk, M.J. van der Wiel, Yu.A. Platonov, A.P. Shevelko, A.V. Mitrofanov, F. Vo, R. Desor, H.

Frowein, B. Nikolaus // Proc. SPIE. 1993. V. 2015. P. 128-131.

29. Bijkerk, F. Laser plasma source for soft X-ray projection lithography / F. Bijkerk, L. Shmaenok, A. van Honk, R. Bastiaensen, Yu.Ya. Platonov, A.P. Shevelko, A.V.

Mitrofanov, F. Vo, R. Desor, H. Frowein, B. Nikolaus // J. Phys. III France. 1994.

V. 4. P. 1669-1677.

30. * Shmaenok, L. Issues of laser plasma sources for soft x-ray projection lithography / L. Shmaenok, F. Bijkerk, E. Louis, A. van Honk, M.J. van der Wiel, Yu.

Platonov, A. Shevelko, A. Mitrofanov, H. Frowein, B. Nikolaus, F. Vo, R. Desor // Microelectronic Engineering. 1994. V. 23. P. 211-214.

31.Shevelko, A.P. Interaction of a laser-produced plasma with a solid surface: spec troscopy of multiply charged ions in a dense plasma / A.P. Shevelko, D.B. Uskov, L.P. Presnyakov // LLNL Tech.Rep. № B239717. 1994.

32. Shmaenok, L. Developments of a high-power, low-contamination laser plasma source for EUV lithography / L. Shmaenok, F. Bijkerk, C. Bruineman, R.K.F. Bas tiaensen, A.P. Shevelko, D.M. Simanovskii, A.N. Gladskikh, S.V. Bobashev // Proc. SPIE. 1995. V. 2523. P. 113-121.

33. * Bijkerk, F. A high-power, low-contamination laser plasma source for Extreme UV lithography / F. Bijkerk, L.A. Shmaenok, A.P. Shevelko, R.K.F. Bastiaensen, C. Bruineman, A.G.J.R. van Honk // Microelectronic Engineering. 1995. V. 27. P.

299-301.

34. Ragozin, E.N. Laser-plasma source of polirized monochromatic beams in the XUV round multilayer mirrors / E.N. Ragozin, N.N. Kalachevskii, M.M. Mitropolskii, Yu.Yu. Pokrovskii, A.P. Shevelko, A.A. Vasil’ev, Yu.Ya. Platonov, N.N.

Salashchenko // Proc. SPIE. 1995. V. 2520. P. 309-317.

35. * Васильев, А.А. Создание монохроматических поляризованных пучков мяг кого рентгеновского излучения с использованием многослойной рентгенов ской оптики / А.А. Васильев, М.М. Митропольский, Ю.Я. Платонов, Ю.Ю.

Покровский, Е.Н. Рагозин, Н.Н. Салащенко, А.П. Шевелько // Квант. электр.

1995. Т. 22. С. 408-410.

36. * Шевелько, А.П. Абсолютные измерения в ВУФ области спектра с помо щью люминесцентного детектора / А.П. Шевелько // Квантовая электроника.

1996. Т. 23. С. 748-750.

37. Shevelko, A.P. Intense Soft X-Ray Radiation Through a Laser Plasma-Wall Inter action / A. Shevelko //

Abstract

of Papers, International Conference on Soft X Rays in the 21st Century. 1997. Midway, Utah, January 8-11. P. 15.

38. Shevelko, A.P. X-ray spectroscopy of laser-produced plasmas using a von Hamos spectrograph / A.P. Shevelko // Proc. SPIE. 1998. V. 3406. P. 91-108.

39. * Baily, M. Characteristics of a multilayer mirror polarimeter for measurements at extreme ultraviolet wavelengths / M. Baily, R. Bruch, A. Shevelko, A. Vasilyev // Rev. Sci. Instrum. 1997. V. 68, № 1. P. 1051-1054.

40. Bijkerk, F. Extreme Ultraviolet Spectroscopy of a Laser Plasma Source for Li thography / F.Bijkerk, A.P.Shevelko, L.A.Shmaenok, S.S.Churilov // Proc. SPIE.

1997. V. 3157. P. 236-240.

41. * Shevelko, A.P. Extreme Ultraviolet Spectroscopy of a Laser Plasma Source for Lithography / A.P. Shevelko, L.A. Shmaenok, S.S. Churilov, R.K.F. J. Bastiaen sen, F. Bijkerk // Physica Scripta. 1998. V. 57. P. 276-282.

42. Shevelko, A.P. High efficiency hard x-ray spectrometer for sub-ps laser-produced plasma investigations / A.P. Shevelko // Proc. SPIE.1998. V. 3444. P. 679-682.

43. Wang, Q. Hollow Atoms by Laser Plasma-Wall Interaction / Q. Wang, L. Knight, A. Shevelko, J. Peatross // Abstracts of Papers of American Physical Society Four Corners Section Fall 1998 Meeting, Provo, Utah, October 16-17, 1998. – Provo:

BYU, 1998. - P. 29.

44. Knight, L. EUV spectroscopy of ultrafast capillary discharges / L. Knight, S. Tur ley, C. Crawford, D. Hullinger, A. Shevelko, O. Yakushev, R. Miller // Proc. SPIE.

1999. V. 3767. P. 45-49.

45. Shevelko, A.P. A Focusing Crystal von Hamos Spectrometer for X-ray Spectros copy and X-ray Fluorescence Applications / A.P. Shevelko, A.A. Antonov, I.G.

Grigorieva, Yu.S. Kasyanov, L.V. Knight, A. Reyes-Mena, C. Turner, Q. Wang, O.F. Yakushev // Proc. SPIE. 2000. V. 4144. P. 148-154.

46. Turner, D.C. Focusing crystal von Hamos spectrometers for XRF applications / D.C. Turner, L.V. Knight, A. Reyes-Mena, P.W. Moody, H.K. Pew, J.D. Phillips, A.P. Shevelko, S. Voronov, O.F. Yakushev // Advances in X-ray analysis. 2000. V.

44. P. 329-335.

47. Shevelko, A.P. Absolute x-ray calibration of laser-produced plasmas using a CCD linear array and a focusing crystal spectrometer / A.P. Shevelko, L.V. Knight, Q.

Wang, O.F. Yakushev // Proc. SPIE. 2001. V. 4504. P. 215-226.

48. Shevelko, A.P. Structure and Intensity of X-ray Radiation in a Laser Plasma–Wall Interaction / A.P. Shevelko, L.V. Knight, J.B. Peatross, Q. Wang // Proc. SPIE.

2001. V. 4505. P. 171-178.

49. Shevelko, A. X-ray focusing crystal von Hamos spectrometer with a CCD linear array as a detector / A. Shevelko, A. Antonov, I. Grigorieva, Yu. Kasyanov, O.Yakushev, L. Knight, Q. Wang // Adv. X-ray analysis. 2001. V. 45. P. 433-440.

50. Шевелько, А.П. Структура и интенсивность рентгеновского излучения при взаимодействии лазерной плазмы со стенкой / A.П. Шевелько, Л. Найт, К.

Ванг // XXII съезд по спектроскопии. Тезисы докладов. Звенигород, Россия, 2001. - С. 241.



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.