Формирование быстрых ионов из твердотельной плазмы, созданной высококонтрастным фемтосекундным лазерным импульсом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, кандидат физико-математических наук Урюпина, Дарья Сергеевна

• Урюпина, Дарья Сергеевна
• кандидат физико-математических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Урюпина, Дарья Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 Приповерхностная плазма, формируемая фемтосекундным лазерным импульсом умеренной интенсивности как источник ионов. Оценка параметров электронной составляющей плазмы на основе времяпролетных измерений ионных токов.

§1.1 Основные свойства электронов и ионов в плазме, формируемой фемтосекундным лазерным импульсом.

1.1.1 Поглощение энергии лазерного импульса и нагрев электронов в плазме.

1.1.2 Ионизация и заряд ионов в плазме.

1.1.3 Ускорение ионов в лазерной плазме.

§1.2 Экспериментальные методики исследования ионных токов плазмы.

§1.3 Ускорение ионов амбиполярным полем на границе плазма-вакуум. Возможность построения аналитической зависимости для времяпролётного сигнала ионов.

1.3.1 «Изотермическая» модель разлета ионов.

1.3.2. Численное решение задачи гидродинамического разлета плазмы в вакуум: причины появления ионов с бесконечно большой энергией.

1.3.3 «Адиабатическая» модель разлета ионов.

§ 1.4 Выводы к главе 1.

ГЛАВА 2 Ускорение и ионизация ионов в плазме, формируемой на поверхности твердотельной очищенной мишени.

§2.1 Особенности эксперимента, проводимого с использованием очищенной мишени.

2.1.1 Краткое описание лазерной системы на красителе, проблема контраста в лазерной системе на красителе.

2.1.2 Оценки времени нагрева и остывания мишени, и времени восстановления загрязняющего слоя после воздействия очищающего лазерного импульса.

2.1.3 Описание экспериментальной установки.

§2.2 Увеличение энергии и заряда ионов основного вещества мишени в плазме, формируемой фемтосекундным лазерным импульсом на твердотельной мишени с очищенной поверхностью.

2.2.1 Сравнение параметров фемтосекундной лазерной плазмы, формируемой на грязной и на чистой мишенях.

2.2.2 Результаты эксперимента с кремниевой мишенью.

2.2.3 Результаты эксперимента с вольфрамовой мишенью.

2.2.4 Амплитудные модуляции в энергетических спектрах легких ионов.

§2.3 Формирование плазмы и рекомбинация в разлетающейся плазме. Сравнение с результатами численного моделирования.

§2.4 Влияние амбиполярного поля на ионизацию на резкой границе плазма-вакуум.

§2.5 Основные результаты главы 2.

ГЛАВА 3 Возможности мишеней в жидкой фазе для создания плазменного ионного и рентгеновского источника с высокой частотой повторения импульсов.

§3.1 Подбор жидкости, используемой в качестве мишени в экспериментах с плазмой

§3.2 Твердотельная лазерная плазма, формируемая на поверхности вакуумного масла ВМ-1, фемтосекундным лазерным импульсом: рентгеновское излучение и ионные токи.

3.2.1 Схема эксперимента.

3.2.2 Результаты рентгеновской диагностики плазмы. Сравнение с твердотельной мишенью.

3.2.3 Результаты времяпролетных измерений ионных токов плазмы. Сравнение с твердотельной мишенью.

3.2.4 Оптическая диагностика поверхности жидкости после воздействия фемтосекундного лазерного импульса.

§3.3 Источник рентгеновского излучения из плазмы, сформированной на поверхности галлия в жидком состоянии.

3.3.1 Схема эксперимента.

3.3.2. Результаты эксперимента. Возможность создания плазменного источника излучений и ионов с 10 Гц частотой повторения импульсов.

§3.4 Основные результаты главы 3.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Формирование быстрых ионов из твердотельной плазмы, созданной высококонтрастным фемтосекундным лазерным импульсом»

Плазма, формируемая на поверхности твердотельной мишени мощным фемтосекундным лазерным импульсом (ФЛИ) с высоким контрастом, является уникальным источником быстрых ионов [1,2,3,4,5,6]. Основной интерес в изучении ионных токов плазмы связан с возможностью создания пучков ионов, которые могли бы использоваться в задачах имплантации ионов [7], напыления тонких пленок, для быстрого инициирования ядерной реакции в плазме [8,9,10], в медицинских целях (например, для протонной терапии раковых опухолей) [11] и т.д. Кроме того, исследуя ионные токи, можно получить информацию о параметрах сформированной плазмы (например, можно оценить среднюю энергию электронов в плазме, заряд ионов и пр.) [12,13,14,15].

По мере развития лазерной техники длительность лазерного импульса уменьшалась, что приводило к повышению интенсивности лазерного импульса. Изменение параметров лазерного импульса существенным образом влияет на свойства формируемой плазмы и, в конечном счете, на ионный ток плазмы. При воздействии наносекундных и пикосекундных импульсов с интенсивностью до 10|4-1015 Вт/см2 за время действия лазерного импульса успевает сформироваться равновесная плазма, электроны которой обладают максвелловским распределением по скоростям. Ускорение ионов в такой плазме происходит благодаря амбиполярному полю, формирующемуся на границе плазма-вакуум между электронами и ионами. При этом, электроны набирают энергию в результате столкновительного механизма поглощения лазерного импульса и разлетаются из плазмы в широкий телесный угол. Пространственное распределение ионов тоже оказывается очень широким. С увеличением интенсивности лазерного импульса от 1015 Вт/см2 появляются дополнительные эффекты, приводящие к изменениям в энергетическом спектре ионов. В первую очередь, это связано с генерацией горячих электронов в плазме. Горячие электроны ускоряются непосредственно самим полем лазерного импульса и формируются в поверхностном слое плазмы [16]. Основные механизмы генерации горячих электронов это: резонансное поглощение, вакуумный нагрев, пондеромоторное ускорение и т.д. Ускорение горячих электронов происходит в направлении нормали к поверхности мишени, поэтому они вылетают из плазмы в одном направлении и телесный угол их разлета значительно ужё, чем при столкновительном нагреве. Ионы, ускоряясь такими электронами, также разлетаются в узкий телесный угол преимущественно по нормали к поверхности мишени.

В то же время, модификация физических свойств поверхности мишени позволяет управлять атомным и ионным составом разлетающейся плазмы. Известно, что даже на 3 поверхности обычной твердотельной мишени находится слой окисла, воды и углеводородов [17,18,19,20]. Толщина такого слоя сравнима с глубиной скин-слоя. В случае плазмы ФЛИ это обстоятельство в значительной степени определяет энергию, заряд и атомный номер ионов в плазме. Поскольку горячие электроны формируются в скин-слое, то до значительных энергий ускоряются ионы поверхностных загрязнений, главным образом протоны. Ионы основного вещества мишени ускоряются преимущественно тепловыми электронами и приобретают меньшие энергии на единицу заряда [19,21 ]. Ситуация изменяется, если поверхность мишени очищена от слоя загрязнений. Для очистки мишени обычно используют резистивный нагрев [17,18,21,20], ионное распыление [22] или импульсную лазерную очистку [19,23]. Как показано в работе [21], в результате нагрева тонкой фольги значительно увеличилось число и энергия тяжелых ионов вещества мишени, вылетающих с обратной стороны мишени, облучаемой

10 "У фемтосекундным лазерным импульсом с интенсивностью 10 Вт/см , в то же время сигнал от протонов практически исчез. Недостатком резистивного метода очистки мишени является невозможность удаления окисного слоя, так как обычно температура плавления окислов превышает температуру плавления самого вещества. Кроме того, при таком методе необходимо использовать токопроводящую мишень или мишень с токопроводящей подложкой. Очистка поверхности мишени ионным пучком или лазерным импульсом позволяет использовать в экспериментах мишень любого типа (металлы, полупроводники и диэлектрики). Также, лазерная очистка позволяет локально нагреть мишень до температур, обеспечивающих удаление не только углеводородов и воды, но и окисного слоя [19,24,25]. Как показано в работе [26], изменяя качество очистки поверхности мишени от слоя загрязнений, можно управлять максимальной энергией ионов основного вещества мишени. Помимо этого, в поверхностном слое мишени, благодаря более высокой температуре тепловых электронов и более низкой концентрации плазмы, ионизация происходит эффективнее. То есть изменение толщины примесного слоя также дает возможность управления зарядом ионов. Большинство экспериментов до настоящего времени проводились с использованием мишеней с поверхностью, не подвергнутой предварительной очистке. Это в значительной степени затрудняет понимание физических процессов происходящих в плазме ФЛИ.

Обычно в экспериментах с плазмой ФЛИ используются различные твердотельные мишени [2,3,18,27,28], кластеры [14,29], микрокапли [30,31] и струи [32]. Однако, можно использовать и жидкость. Это может быть заманчиво, прежде всего, тем, что жидкую мишень не надо ни сдвигать, ни обновлять после каждого лазерного выстрела. Такая ситуация значительно облегчает конструирование возможных источников частиц и излучения из плазмы. Понятно, что если время восстановления поверхности жидкости после воздействия лазерного импульса достаточно мало, то это позволит использовать такую мишень в экспериментах с высокой частотой повторения лазерных импульсов.

К настоящему моменту существует ограниченное число работ, в которых проводились исследования плазмы, формируемой лазерным импульсом на поверхности жидкости [33,34,35].В частности, измерялся спектр тормозного рентгеновского излучения из плазмы, формируемой на поверхности воды, как единичным лазерным импульсом, так и «мульти-импульсом» (последовательность лазерных импульсов, отделенных друг от друга временным интервалом в 10 не) [34]. Частота повторения лазерных импульсов в данных экспериментах была 10 Гц. Было обнаружено, что при воздействии «мульти-импульсом» появляется более жесткое рентгеновское излучение по сравнению с режимом единичных лазерных импульсов. Такое увеличение энергии рентгеновских квантов было связано с появлением микрокапель в случае «мульти-импульса». В работе [33] исследовалось взаимодействие лазерных импульсов, следующих с частотой 2 кГц со свободной поверхностью ртути. К сожалению, авторы ограничились лишь упоминанием о проведенных экспериментах и не приводят никаких данных касательно динамики рентгеновского излучения в зависимости от номера лазерного импульса и т.п. Необходимо отметить, что все перечисленные эксперименты проводились в атмосфере окружающего воздуха при атмосферном давлении, что, по-видимому, существенно снижало эффективность генерации рентгеновского излучения за счет неизбежных потерь в результате ионизации приповерхностного воздушного слоя. Существует также ряд работ по изучению плазмы, образующейся на поверхности жидкости при воздействии пикосекундными и фемтосекундными импульсами с интенсивностью до

10" Вт/см

36,37], а также по наблюдению ударных волн, образующихся в области пробоя [38].

Для получения ионов с большой энергией значительный интерес представляет использование лазерных импульсов с высоким контрастом. В случае, когда лазерный импульс обладает пьедесталом или предымпульсом с интенсивностью выше Ю10

11 1 10 Вт/см на поверхности мишени формируется предплазма и поглощение основного импульса происходит уже не резкой границе мишень-вакуум, а на границе со спадающим градиентом плотности плазмы. Наиболее частые причины плохого контраста лазерного импульса это усиленная спонтанная люминесценция, несогласованность решеток компрессора и т.п. Энергии ионов, ускоряющихся в плазме с низкой плотностью ниже твердотельной ниже, чем в твердотельной плазме. Это происходит от того, что из-за размытости границы плазма-вакуум не происходит четкого разделения электронов и ионов в пространстве и электростатическое поле между электронами и ионами не достигает значительных величин для эффективного ускорения ионов. На резкой границе плазма-вакуум амбиполярное поле может достигать ~ 2-Ю10В/м для лазерного импульса с интенсивностью ~1016 Вт/см2 (Те~200 эВ, п<;~5-1023 см"3). Помимо более низкой энергии ионы в плазме, сформированной лазерным импульсом с низким контрастом, обладают и более низким зарядом, так как ионизация происходит в плазме с более низкой плотностью и температурой электронов. Таким образом, необходимым условием для получения ионов с большой энергией и зарядом является наличие лазерного импульса с высоким контрастом, обеспечивающего формирование высокотемпературной твердотельной плазмы.

Одновременно с развитием лазерной техники происходило развитие аналитических и численных моделей, описывающих разлет ионов. Впервые задача разлета плазмы была рассмотрена около 40 лет назад [39]. Было получено автомодельное решение для случая гидродинамического разлета изотермической плазмы с максвелловским распределением электронов и одним сортом ионов. В дальнейшем модель модифицировалась с учетом нескольких сортов ионов и для более сложных распределений электронов (би-максвелловское, супергауссовское и др.) [40,41,42]. Проводились также численные решения системы гидродинамических уравнений [ 43 ,44,45,46 ]. Позже появились аналитические модели, в которых решаются кинетические уравнения для электронов и ионов [47,48,49,50]. В последнее десятилетие появилось большое количество работ, исследующих ускорение ионов с помощью метода частиц в ячейке (PIC (particle-in-cell) кода) [51,52,53,54,55]. И хотя моделирование плазмы с помощью PIC (particle-in-cell) кода в основном касается бесстолкновительной плазмы, формируемой лазерным импульсом с Q <4 интенсивностью от 10 -10 Вт/см и выше, существует небольшое количество работ, в которых с помощью PIC кода исследовался разлет ионов и при умеренных интенсивностях лазерного импульса (от 10 Вт/см ) [56]. Расчёт разлёта плазмы позволяет установить соответствие между параметрами плазмы в момент начала её разлёта и параметрами электронов и ионов, регистрируемых на более поздних временах вдали от плазмы.

Цели диссертационной работы

1. Измерение и анализ особенностей зарядовых и энергетических спектров ионов из плазмы, созданной высококонтрастным ФЛИ с интенсивностью ~1016 Вт/см2 на , поверхности твердотельной мишени, очищенной от поверхностного слоя углеводородных и окисных загрязнений.

2. Построение методики оценки средней энергии горячих электронов на основе аппроксимации сигнала от протонов во времяпролетном ионном токе аналитическими зависимостями.

3. Анализ особенностей взаимодействия фемтосекундного лазерного излучения с интенсивностью свыше 101бВт/см2 с поверхностью жидкости и исследование параметров формирующейся плазмы.

Научная новизна

1. Продемонстрировано, что в плазме кремния и вольфрама, формируемой на поверхности мишени, очищенной от поверхностного слоя углеводородных и окисных загрязнений дополнительным наносекундным лазерным импульсом, существенно увеличивается заряд и энергия ионов основного вещества мишени. В случае мишени из вольфрама были зарегистрированы ионы с зарядом от 1+ до 29+, при этом энергия ионов достигала 1 МэВ при интенсивности лазерного импульса 16 2 около 2.5-10 Вт/см . В плазме, формируемой на неочищенной мишени при тех же параметрах лазерного импульса, заряд ионов вольфрама достигал лишь 5+, а их энергия не превышала 150 кэВ.

2. Предложена последовательная физическая картина появления в плазме, созданной высококонтрастным ФЛИ с интенсивностью ~1016 Вт/см2, быстрых ионов с большим зарядом. Быстрые ионы вылетают из поверхностного слоя мишени, ускоряясь горячими электронами. Благодаря тому, что в поверхностном слое плазмы температура тепловых электронов выше, чем в глубине мишени, а концентрация плазмы ниже, ионы ионизуются эффективнее, чем в более глубокой твердотельной области плазмы. Это приводит к тому, что средний заряд быстрых ионов значительно превышает средний заряд медленных ионов. Дополнительное влияние на заряд ионов может оказывать ударная ионизация в присутствии амбиполярного поля, а также надбарьерная ионизация амбиполярным полем. В результате формируется небольшое количество ионов с зарядом, превышающим равновесные значения. Разлетаясь с высокой скоростью и в облаке плазмы с низкой концентрацией, быстрые ионы практически не испытывают рекомбинации в плазме, но несильно рекомбинируют в результате столкновений с молекулами остаточного газа в камере взаимодействия. На основе данной картины получили объяснение основные особенности зарядовых и энергетических спектров быстрых ионов вольфрама и кремния: существенное увеличение средней энергии и среднего заряда быстрых ионов, появление ионов с аномально высокой кратностью ионизации.

3. Предложена методика оценки средней энергии горячих электронов в плазме, основанная на аппроксимации экспериментально измеренного времяпролетного ионного тока плазмы аналитической зависимостью. Аналитическая зависимость строится на основе адиабатической модели разлета плазмы с учетом нелинейности отклика детектора ионов. Экспериментально продемонстрировано, что оценки для средней энергии горячих электронов, полученные с помощью используемой ранее рентгеновской методики, совпадают с оценками, полученными на основе ионной методики, развитой в рамках настоящей работы.

4. На примере мишеней из вакуумного масла ВМ-1 и галлия экспериментально продемонстрировано, что жидкость с малым давлением насыщенных паров может быть использована в качестве мишени для формирования твердотельной плазмы ФЛИ. Экспериментально продемонстрировано, что плазма, формируемая на мишени из жидкого галлия, может быть использована для создания стабильного источника рентгеновского излучения с частотой повторения импульсов 10 Гц.

Практическая ценность

Полученные в работе результаты демонстрируют возможность использования плазмы ФЛИ, созданной на мишени, подвергнутой предварительной очистке, для формирования высокоэнергетичных тяжелых ионов с широким зарядовым спектром, а также для формирования пучков легких ионов с энергиями, лежащими в узком спектральном диапазоне.

Использование в качестве мишени для формирования плазмы ФЛИ свободной поверхности жидкости открывает возможность создания источников рентгеновского излучения, быстрых ионов, у-квантов, нейтронов и т.п. с высокой частотой повторения импульсов. Самообновление поверхности мишени позволяет значительно реже, по сравнению с твердотельными мишенями, сдвигать мишень. Кроме того, поверхность жидкости может быть использована многократно (так как на ней не образуется кратеров), что значительно увеличивает ресурс по количеству выстрелов.

В целом подходы и методики, развитые в диссертационной работе, могут использоваться в таких областях, как физика плазмы и физика УТС для решения следующих прикладных и фундаментальных задач:

1 диагностика плотной плазмы; создание источников тяжелых ионов с большим зарядом и энергией; создание различных источников плазменных излучений и частиц с высокой частотой повторения импульсов.

Защищаемые положения

1. Импульсная лазерная очистка поверхности мишени от слоя углеводородных соединений и окислов (плотность энергии очищающего излучения 3 Дж/см2, опережение относительно фемтосекундного импульса 100 мкс) приводит к существенному увеличению числа быстрых ионов основного вещества мишени и значительному увеличению среднего и максимального заряда быстрых ионов из плазмы, формируемой высококонтрастным фемтосекундным лазерным излучением с интенсивностью свыше 1016 Вт/см2 на очищенной поверхности.

2. Наблюдаемые в экспериментах по воздействию высококонтрастным фемтосекундным лазерным импульсом с интенсивностью свыше 1016 Вт/см2 на очищенную поверхность твердотельной мишени вольфрама и кремния зарядовый и энергетический спектры быстрых ионов основного вещества мишени определяются эффективной ударной ионизацией ионов тепловыми электронами в поверхностном слое плазмы и ускорением ионов за счет горячей электронной компоненты.

3. Твердотельная плазма, формируемая фемтосекундным лазерным импульсом с интенсивностью

-1010 Вт/см на свободной поверхности жидкости с низким давлением насыщенного пара, является эффективным и стабильным источником жесткого некогерентного рентгеновского излучения и быстрых ионов.

4. Оценка средней энергии горячих электронов плазмы, сформированной фемтосекундным лазерным импульсом на поверхности твердотельной мишени, может быть получена путем аппроксимации времяпролетного сигнала ионного тока плазмы в рамках одномерной адиабатической модели разлета плазмы, состоящей из протонов и горячих электронов.

Апробация работы и публикации

Основные результаты исследований, представленных в диссертации, докладывались автором на следующих научных конференциях: 2-ая международная конференция молодых ученых и специалистов «0птика-2001» (Санкт-Петербург, Россия, 2001), девятая международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов 2002» (Москва, Россия, 2002), международная конференция по квантовой электронике IQEC/LAT-YS 2002 (Москва, Россия, 2002), XI конференция по лазерной оптике Laser 0ptics-2003 (Санкт-Петербург, Россия, 2003), 3-ий международный симпозиум по сверхбыстрой и интенсивной лазерной науке ISUILS-3 (Палермо, Италия,

2004), международная конференция по когерентной и нелинейной оптике ICONO 2005 (Санкт-Петербург, Россия, 2005), международный симпозиум по актуальным проблемам нелинейной волновой физики NWP-2005 (Санкт-Петербург - Нижний Новгород, Россия,

2005), 4-ый симпозиум «Сложные системы заряженных частиц и их взаимодействие с электромагнитным излучением. Физика сложных систем.» (Москва, Россия, 2006), XII конференция по лазерной оптике Laser Optics-2006 (Санкт-Петербург, Россия, 2006), международная школа по квантовой электронике «Вещество в сверх-интенсивных лазерных полях» (Эриче, Италия, 2006). Также диссертант является соавтором докладов, представленных на научных конференциях: 4-ый итало-российский симпозиум по проблемам лазерной физики и технологий ITARUS 2001 (Санкт-Петербург, Россия, 2001), международная конференция по квантовой электронике IQEC/LAT-YS 2002 (Москва, Россия, 2002), XI конференция по лазерной оптике Laser Optics-2003 (Санкт-Петербург, Россия, 2003), 12-ый международный симпозиум по лазерной физики Laser Physics-2003 (Гамбург, Германия, 2003), 5-ый итало-российский симпозиум по проблемам лазерной физики и технологий ITARUS 2003 (Москва, Россия, 2003), 2-ая международная конференция «Рубежи нелинейной физики» (Нижний Новгород - Санкт-Петербург, Россия, 2004), международная конференция по когерентной и нелинейной оптике ICONO 2005 (Санкт-Петербург, Россия, 2005), конференция по лазерам и электрооптике CLEO/EUROPE 2005 (Мюнхен, Германия, 2005), 3-ий симпозиум «Плазма и ее взаимодействие с электромагнитным излучением» (Москва, Россия, 2005), 2-ой симпозиум по фотонике и лазерным технологиям (Каяни, Финляндия, 2005), международный симпозиум по актуальным проблемам нелинейной волновой физики NWP-2005 (Санкт-Петербург - Нижний Новгород, Россия, 2005), российско-немецкий симпозиум по лазерной физике (Нижний Новгород, Россия, 2005).

По теме диссертации опубликовано 17 работ в рецензируемых научных изданиях, в том числе 7 статей в отечественных и зарубежных научных журналах и 9 статей в сборниках и трудах конференций, 1 препринт и 21 тезис докладов.

Личный вклад автора

Все изложенные в диссертационной работе оригинальные результаты получены автором лично, либо при его непосредственном участии. Автором осуществлялось проведение экспериментов, обработка экспериментальных данных, анализ результатов эксперимента с помощью существующих численных моделей, анализ теоретических моделей разлета ионов, а также интерпретация полученных результатов.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Работа изложена на 119 страницах, включает 55 рисунков, 2 таблицы и список литературы (общее число ссылок 119).

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Урюпина, Дарья Сергеевна

§3.4 Основные результаты главы 3

Таким образом, на примере мишеней и вакуумного масла и жидкого галлия экспериментально продемонстрировано, что:

• жидкость с малым давлением насыщенных паров можно использовать в качестве мишени для создания на её поверхности высокотемпературной твердотельной фемтосекундной лазерной плазмы. Такая плазма может служить эффективным источником быстрых ионов и рентгеновского излучения. При интенсивности лазерного импульса 2*1016 Вт/см2 средняя энергия горячих электронов плазмы на поверхности жидкого галлия составляет 9.3±1.1 кэВ. Эта величина хорошо согласуется с теоретическим значением (<Еь>~10.1 кэВ). Конверсия энергии лазерного импульса в тормозное рентгеновское излучение с энергией кванта более 2.5 кэВ составила (2.2±0.4)-10'4%, а в спектральный диапазон более 7.5 кэВ - (4.2±0.5)-10'5%. Это позволяет оценить, что средняя мощность рентгеновского источника с энергиями квантов более 2.5 кэВ в телесный угол 4л в режиме 10 Гц составляет 5 нВт. Скорости быстрых протонов, вылетающих из плазмы на поверхности жидкости, достигают тех же величин, что и в плазме, формируемой на поверхности твердотельных мишеней (-2-108 м/с).

• На основе анализа особенностей взаимодействия фемтосекундного лазерного импульса с поверхностью жидкости разработаны основные критерии отбора мишени. Наиболее важным является наличие у жидкости низкого давления насыщенных паров. Кроме того, необходимо учитывать скорость восстановления поверхности жидкости к исходному состоянию и скорость восстановления теплофизических свойств жидкости. Особенно важно это становится при использовании для формирования плазмы лазерных систем с высокой частотой повторения импульсов.

• Показано, что жидкий галлий, нагретый до 270°С, может быть использован в качестве мишени для создания стабильного источника жесткого тормозного некогерентного рентгеновского излучения с частой повторения импульсов 10 Гц. Такую мишень не требуется сдвигать или обновлять после каждого лазерного выстрела. Падение выхода рентгеновского излучения в спектральный диапазон более 2.5 кэВ после 50000 лазерных выстрелов в одну точку мишени составило не более 25%. Снижение выхода рентгеновского излучения связано с падением уровня жидкости вследствие выноса вещества в каждом лазерном выстреле и может быть легко скомпенсировано дополнительной фокусировкой объектива или повышением уровня жидкости.

В главе также продемонстрировано, что методика оценки средней энергии горячих электронов плазмы с помощью аппроксимации протонного пика во времяпролетном ионном сигнале аналитической зависимостью, получаемой в рамках адиабатической модели разлета плазмы с учётом нелинейности отклика МКП, позволяет получать адекватные результаты. Оценки, получаемые с помощью предлагаемой методики, совпадают с оценками, получаемыми в рамках ранее разработанной рентгеновской методики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1) Импульсная лазерная очистка твердотельной мишени позволила выявить ряд принципиальных особенностей ускорения и ионизации быстрых ионов в плазме, формируемой высококонтрастным фемтосекундным лазерным импульсом

• В условиях очистки поверхности твердотельной мишени от слоя углеводородов и окислов дополнительным наносекундным импульсом (плотность мощности 3 Дж/см2, время задержки между импульсами 100 мкс), происходит ускорение тяжелых ионов основного вещества амбиполярным полем горячих электронов, которое на исходной поверхности экранируется более легкими ионами (в первую очередь протонами). В итоге максимальная энергия ионов вольфрама увеличилась от 150 кэВ до 1 МэВ.

• В плазме на чистой поверхности существенной модификации подвергается зарядовый состав ионов основного материала мишени. Средний заряд ионов кремния увеличился с 3+ до 4+, а максимальный с 5+ до 12+, для ионов вольфрама максимальный заряд увеличился с 5+ до 29+.

• Заряд медленных ионов существенно уменьшается из-за рекомбинации при разлете плазмы. Быстрые ионы либо не рекомбинируют в процессе разлета плазмы, либо скорость их рекомбинации не зависит от заряда и скорости ионов.

• В энергетических спектрах легких ионов (водород, углерод, кислород) наблюдаются глубокие амплитудные модуляции. Глубина модуляций достигает одного порядка по амплитуде. Возможные причины появления модуляций могут быть связаны, как с разделением ионов в пространстве из-за существенно разных температур тепловых и горячих электронов, так и с влиянием электростатического поля на фронте горячих электронов на легкие ионы.

• В плазме, формируемой на поверхности очищенной вольфрамовой мишени лазерным импульсом с интенсивностью от 4-Ю15 Вт/см2 до 2.5-1016 Вт/см2 наблюдаются ионы с зарядом, превышающим заряд предсказываемый при учете только ударной ионизации. Основным механизмом ионизации таких ионов является, по-видимому, ударная ионизация в присутствии внешнего квазистатического амбиполярного поля. Существенный вклад, однако, может внести и прямая надпороговая ионизация этим полем.

2) Проведенные исследования позволяют предложить следующую картину ионизации и ускорения быстрых ионов в высокотемпературной плазме, формируемой высококонтрастным фемтосекундным лазерным импульсом. Нагрев мишени передним фронтом лазерного импульса приводит к формированию на её поверхности градиента плотности ионов и электронов в плазме. Это происходит даже в случае, если мишень изначально обладала резкой границей, то есть предымпульс отсутствовал. Для высококонтрастного лазерного импульса с длительность порядка 100 фс пространственный масштаб градиента плотности плазмы составляет порядка нескольких десятков нанометров в момент прихода максимума лазерного импульса. Следовательно, лазерное излучение поглощается преимущественно в плазме с плотностью ниже твердотельной, но значительно выше критической плотности. Во внешних слоях плазмы тепловые электроны оказываются нагреты в 2-3 раза сильнее, чем в глубине мишени. Например, в плазме кремния для условий, при которых проводился эксперимент, температура электронов в глубине мишени не превышает 150 эВ, а над поверхностью мишени достигает 300 эВ.

Ионизация в глубине мишени и на её поверхности также происходит по-разному. В поверхностной области благодаря более высокой температуре тепловых электронов и более низкой концентрации плазмы средний заряд ионов достигает больших значений, чем в глубине мишени. Однако, необходимо учитывать, что время требуемое для достижения равновесного состояния увеличивается в плазме с низкой плотностью. Это значит, что в области с низкой плотностью средний заряд ионов достигает равновесного значения позже, чем в более плотной области. При наших экспериментальных условиях средний заряд ионов на поверхности мишени в плазме кремния достигает 9+, а в плазме вольфрама 23+. Дополнительное влияние на заряд ионов может оказывать ударная ионизация в присутствии амбиполярного поля и надбарьерная ионизация этим полем.

Горячие электроны ускоряются непосредственно электромагнитным полем лазерного импульса и появляются в области критической плотности плазмы, то есть над поверхностью мишени. Концентрация горячих электронов мала по сравнению с концентрацией тепловых электронов, и они практически не влияют на заряд ионов. Вылетая из плазмы, электроны формируют квазистатическое амбиполярное поле, которое ускоряет ионы. Подобно электронам, ионы в своем распределении по энергиям имеют быструю и медленную компоненты. Причем, ионы с более высоким зарядом, находящиеся в момент формирования плазмы в приповерхностной области, ускоряются преимущественно горячими электронами. Ионы из более глубоких слоев плазмы ускоряются тепловыми электронами. Малая плотность и высокая скорость быстрых ионов приводит к тому, что они не испытывают рекомбинации в плазме, и их ионизационное состояние «замораживается». Для быстрых ионов играет роль лишь рекомбинация в результате перезарядки на молекулах остаточного газа в камере взаимодействия. При давлении в камере взаимодействия около 10"5торр за время порядка 1 мкс заряд ионов кремния уменьшится не более чем на 1, а ионов вольфрама на 4-5. Медленные ионы испытывают значительную рекомбинацию в плазме.

В случае использования мишени, не подвергнутой предварительной очистке, в поверхностной области плазмы, главным образом, находятся ионы водорода и углерода. Именно они ионизуются наиболее сильно и ускоряются горячими электронами. Ионы основного вещества мишени в этом случае ионизуются слабо, ускоряются тепловыми электронами и к тому же значительно рекомбинируют при разлете плазмы.

3) Предложенная методика оценки средней энергии горячих электронов плазме с помощью аппроксимации аналитической зависимостью протонного сигнала в регистрируемом времяпролетном ионном токе плазмы позволяет оценивать среднюю энергию горячих электронов в плазме в каждом лазерном выстреле. Аналитическая зависимость строится исходя из «адиабатической» модели одномерного разлета плазмы. При этом учитывается нелинейность отклика микроканальной пластины, регистрирующей ионы. В диапазоне интенсивностей лазерного импульса от 1016 Вт/см2 до 2-Ю16 Вт/см2 оценки, получаемые с помощью данной методики, совпадают с оценками, получаемыми по выходу рентгеновского излучения. Так средняя энергия горячих электронов, оцененная в одном и том же лазерном выстреле с помощью ранее разработанной рентгеновской методики, составила <Еь>=6.6±0.8 кэВ, а с помощью ионной методики - <Еь>=6.3±0.3 кэВ

I/ 'У для1=1.8-10 Вт/см и плазмы, сформированной на поверхности масла ВМ-1).

4) Экспериментально продемонстрировано, что жидкость с малым давлением насыщенных паров можно использовать в качестве мишени для создания на её поверхности высокотемпературной твердотельной фемтосекундной лазерной плазмы.

• Проанализированы особенности взаимодействия фемтосекундного лазерного импульса с поверхностью жидкости и разработаны основные критерии выбора мишени. Наиболее существенным является требование малости давления насыщенного пара жидкости. Из оценок следует, что для того, чтобы избежать эффектов самовоздействия и самофокусировки лазерного импульса необходимо, чтобы давление в камере взаимодействия было менее 1 торр. В случае использования лазерных систем с высокой частотой повторения импульсов важно выбирать жидкость, обладающую высокой теплопроводностью и большой скоростью выравнивания поверхности.

IЛ "У

• При интенсивности лазерного импульса ~10 Вт/см средняя энергия горячих электронов <Еь> в плазме на поверхности вакуумного масла составляет от 3 до 18 кэВ. Оптическая диагностика поверхности мишени показала, что большой разброс <Еь> связан с медленным остыванием области воздействия после лазерного выстрела и парением масла.

Скорость фронта быстрых протонов, вылетающих из плазмы, сформированной на поверхности масла ВМ-1, лазерным импульсом с интенсивностью до 2-10 Вт/см совпадает со скоростью протонов, вылетающих из плазмы, формируемой на твердотельных мишенях (например, кремнии). Оценка для средней энергии электронов, ускоряющих протоны, говорит о том, что такие протоны ускорены горячими электронами, то есть плазма, формируемая на поверхности жидкой мишени, является эффективным источником быстрых протонов.

Жидкий галлий, нагретый до 270°С, может быть использован в качестве мишени для создания стабильного источника жесткого тормозного некогерентного рентгеновского излучения с частой повторения импульсов 10 Гц. Такую мишень не требуется сдвигать или обновлять после каждого лазерного выстрела. Снижение выхода рентгеновского излучения в спектральный диапазон более 2.5 кэВ после 50000 лазерных выстрелов в одну точку мишени составило не более 25%. Такое снижение связано с падением уровня жидкости в результате выноса вещества в каждом лазерном выстреле и может быть легко скомпенсировано дополнительной фокусировкой объектива или повышением уровня жидкости.

Температура мишени сильно влияет на скорость снижения уровня жидкости в результате выноса вещества лазерным импульсом. При температуре галлия Тса=50°С снижение выхода рентгеновского излучения на 25% наблюдалось уже через 4000 лазерных выстрела.

Конверсия энергии лазерного импульса в тормозное рентгеновское излучение с энергией кванта более 2.5 кэВ составила (2.210.4)-10^%, а в спектральный диапазон более 7.5 кэВ - (4.210.5)-10'5%. Это позволяет оценить, что средняя мощность рентгеновского источника с энергиями квантов более 2.5 кэВ в телесный угол 4л в режиме 10 Гц составляет 5 нВт.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Урюпина, Дарья Сергеевна, 2006 год

1. R.A. Snavely, M.H. Key, S.P. Hatchett, Т.Е. Cowan, M. Roth, T.W. Phillips, M.A. Stoyer, E.A. Henry, T.C. Sangster, M.S. Singh, S.C. Wilks, A. MacKinnon, A. Offenberger,

2. D.M. Pennington, K. Yasuike, A.B. Langdon, B.F. Lasinski, J. Johnson, M.D. Perry, and

3. E.M. Campbell "Intense High-Energy Proton Beams from Petawatt-Laser Irradiation of Solids"// Phys. Rev. Lett. 85,2945-2948 (2000).

4. P.B. Волков, C.A. Гаврилов, Д.М. Голишников, B.M. Гордиенко, П.М. Михеев, А.Б. Савельев, A.A. Серов "Генерация горячих частиц в фемтосекундной плазме с использованием твердотельных модифицированных мишеней"// Квантовая электроника 31,241-246(2001).

5. М. Roth, М. Allen, Р. Audebert, Е. Brambrink, Т.Е. Cowan, J. Fuchs, J.-C. Gauthier,

6. M. Geißel, М. Hegelich, S. Karsch, J. Meyer-ter-Vehn, H. Ruhl, T. Schlegel and R.B. Stephens "The generation of high-quality, intense ion beams by ultra-intense lasers"// Plasma Phys. Control. Fusion 44, B99-B108 (2002).

7. A.B. Кильпио, Н.Г. Киселев, П.П. Пашинин, И.В. Рудской, Б.Ю. Шарков, Е.В. Шашков, A.B. Шумшуров «Исследование энергетических спектров многозарядных ионов Ti из лазерной плазмы» // Квантовая Электроника, 35(7), 638-640 (2005).

8. Р.В. Волков, Д.М. Голишников, В.М. Гордиенко, А.Б. Савельев, B.C. Черныш "Имплантация высокоэнергетичных ионов под действием фемтосекундного лазерного излучения"// Квантовая Электроника, 35(1), 33-37 (2005).

9. М.М. Basko "New developments in the theory of ICF targets, and fast ignition with heavy ions7/ Plasma Phys. Control. Fusion 45, A125-A132 (2003).

10. P.A. Norreys, K.M. Krushelnick, M. Zepf "PW lasers: matter in extreme laser fields", Plasma Phys. Control. Fusion 46, B13-B21 (2004).

11. V.Y. Bychenkov, W. Rozmus, A. Maksimchuk, D. Umstadter, C.E. Capjack "Fast ignitor concept with light ions"// Plasma Phys. Rep. 27,1017-1020 (2001).

12. V.M. Gordienko, I.M. Lachko, P.M. Mikheev, A.B. Savel'ev, D.S. Uryupina and

13. R.V. Volkov "Experimental characterization of hot electron production under femtosecond laser plasma interaction at moderate intensities"// Plasma Phys. Control. Fusion 44,2555-2568 (2002).

14. A.A. Андреев, А.И. Запысов, A.B. Чарухчев, В.Е. Яшин "Генерация рентгеновского излучения и быстрых частиц высокоинтенсивными лазерными импульсами"// Известия АН, серия физическая, т.63, №6, с.1237-1252 (1999); УФН 169,72-78 (1999).

15. T. Ditmire, E. Springate, J.W.G. Tisch, Y.L. Shao, M.B. Mason, N. Hay, J.P. Marangos, and M.H.R. Hutchinson, "Explosion of atomic clusters heated by high-intensity femtosecond laser pulses"// Physical Review A 57,369-381 (1998).

16. D.D. Meyerhofer, H. Chen, J.A. Delettrez, B. Soom, S. Uchida, and B. Yaakobi "Resonance absorption in high-intensity contrast, picosecond laser-plasma interactions"// Phys. Fluids В 5, 2584-2588 (1993).

17. P. Gibbon, R. Förster "Short-pulse laser-plasma interactions"// Plasma Phys. Control. Fusion 38,769-793 (1996).

18. F. Begay, D.W. Forslund, Phys. Fluids 25,675 (1982).

19. M. Zepf, E.L. Clark, F.N. Beg, R.J. Clarke, A.E. Dangor, A. Gopal, K. Krushelnick,

20. P.A. Norreys, M. Tatarakis, U. Wagner, and M.S. Wei "Proton acceleration from high-intensity laser interactions with thin foil targets"// Phys. Rev. Lett., 90,064801 (2003).

21. P.B. Волков, Д.М. Голишников, B.M. Гордиенко, М.С. Джиджоев, И.М. Лачко,

22. Б.В. Марьин, П.М. Михеев, А.Б. Савельев, Д.С. Урюпина, A.A. Шашков "Формирование ионного тока высокотемпературной фемтосекундной лазерной плазмы на поверхности мишени содержащей слой загрязнений"// Квантовая электроника 33,981-986 (2003).

23. P. McKenna, K.W.D. Ledingham, J.M. Yang, L. Robson, T. McCanny, S. Shimizu, R.J. Clarke, D. Neely, K. Spohr, R. Chapman, R.P. Singhai, K. Krushelnick, M.S. Wei,

24. M. Allen, P.K. Patel, A. Mackinnon, D. Price, S. Wilks, E. Morse "Direct experimental evidence of back-surface ion acceleration from laser-irradiated gold foils"// Phys. Rev. Lett. 93, 265004 (2004).

25. В. Soom, H. Chen, Y. Fisher, D.D. Meyerhofer "Strong Ka emission in picosecond laserplasma interactions"// J. Appl. Phys. 74,5372-5377 (1993).

26. D. Riley, J.J. Angulo-Gareta, F.Y. Khattak, and M.J. Lamb "Ka yields from Ti foils irradiated with ultrashort laser pulses"// Phys. Rev. E 71,016406 (2005).

27. T. Doppner, Th. Fennel, Th. Diederich, J. Tiggesbaumker, and K.H. Meiwes-Broer "Controlling the coulomb explosion of silver clusters by femtosecond dual-pulse laser excitation"//Phys. Rev. Lett. 94,013401 (2005).

28. D.R. Symes, A.J. Comley, and R.A. Smith "Fast-ion production from short-pulse irradiation of ethanol microdroplets"// Phys. Rev. Lett. 93,145004 (2004).

29. M. Schniirer, D. Hilscher, U. Jahnke, S. Ter-Avetisyan, S. Busch, M. Kalachnikov, H. Stiel, P. V. Nickles, and W. Sandner "Explosion characteristics of intense femtosecond-laser-driven water droplets" // Phys. Rev. E 70,056401 (2004).

30. Y. Jiang, T. Lee, and C.G. Rose-Petruck "Generation of ultrashort hard-x-ray pulses with tabletop laser systems at a 2 kHz repetition rate"// JOS A B, 20,229-237 (2003).

31. Y.T. Li, J. Zhang, Z.M. Sheng, H. Teng, T.J. Liang, X.Y. Peng, X. Lu, Y.J. Li, and

32. X.W. Tang "Spatial distribution of high-energy electron emission from water plasmas produced by femtosecond laser pulses"// Phys. Rev. Lett. 90,165002 (2003).

33. B. Hopp, Z. Toth, K. Gal, A. Mechler, Zs. Bor, S.D. Moustaizis, S. Georgiou, C. Fotakis "Time-resolved investigation of the transient surface reflection changes of subpicosecond excimer laser ablated liquids"// Applied Physics A, 69, S191-SI94 (1999).

34. J. Noack, D.X. Hammer, G.D. Noojin, B. Rockwell, A. Vogel "Influence of pulse duration on mechanical effects after laser-induced breakdown in water"// J. Appl. Phys., 83,7488-7495 (1998).

35. A.B. Гуревич, JI.B. Парийская, JI.B. Питаевский "Автомодельное движение разреженной плазмы"// ЖЭТФ 49,647-654 (1965).

36. L.M. Wickens, J.E. Allen, Р.Т. Rumsby "Ion emission from laser-produced plasmas with two electron temperatures"// Phys. Rev. Lett. 41,243-246 (1978).

37. L.M. Wickens, J.E. Allen "Ion emission from laser-produced, multi-ion species, two-electron temperature plasmas"// Phys. Fluids 24,1894-1899 (1981).

38. A.B. Гуревич, А.П. Мещеркин "Ускорение ионов в расширяющейся плазме"// ЖЭТФ 80,1811-1826(1981).

39. J.E. Crow, P.L. Auer, J.E. Allen "The expansion of plasma into a vacuum"// J. Plasma Physics 14, part 1,65-76 (1975).

40. J.S. Pearlman, R.L. Morse "Maximum expansion velocities of laser-produced plasmas"// Phys. Rev. Lett. 40,1652-1655 (1978).

41. J. Denavit "Collisionless plasma expansion into a vacuum"// Phys. Fluids 22,1384-1392 (1979).

42. Y. Kishimoto, K. Mima, T. Watanabe, K. Nishikawa "Analysis of fast-ion velocity distributions in laser plasmas with a truncated Maxwellian velocity distribution of hot electrons"// Phys. Fluids 26,2308-2315 (1983).

43. Д.С. Дорожкина, B.E. Семенов "Точное решение задачи о квазинейтральном расширении в вакуум локализованной бесстолкновительной плазмы с холодными ионами"// Письма в ЖЭТФ 67,543-547 (1998); Phys. Rev. Lett. 81,2691-2694 (1998).

44. В.Ф. Ковалев, В.Ю. Быченков, В.Т. Тихончук "Ускорение ионов при адиабатическом разлете плазмы: ренормгрупповой подход"// Письма в ЖЭТФ 74,12-16 (2001).

45. В.Ф. Ковалев, В.Ю. Быченков, В.Т. Тихончук "Динамика частиц при адиабатическом разлете плазменного сгустка"// ЖЭТФ 122,264-281 (2002).

46. V.P. Kovalev, V.Yu. Bychenkov "Analytic solutions to the Vlasov equations for expanding plasmas"// Phys. Rev. Lett. 90,185004 (2003).

47. Y. Sentoku, Т.Е. Cowan, A. Kemp, H. Ruhl "High energy proton acceleration in interaction of short laser pulse with dense plasma target"// Phys. Plasmas 10,2009-2015 (2003).

48. S.C. Wilks, A.B. Langdon, Т.Е. Cowan, M. Roth, M. Singh, S. Hatchett, M.H. Key,

49. D. Pennington, A. MacKinnon, R.A. Snavely "Energetic proton generation in ultra-intense lasersolid interactions"// Phys. Plasmas 8,542-549 (2001).

50. E. d'Humieres, E. Lefebyre, L. Gremillet, V. Malka "Proton acceleration mechanisms in high-intensity laser interaction with thin foils"// Phys. Plasmas 12,062704 (2005).

51. A. Zhidkov, M. Uesaka, A. Sasaki, H. Daido "Ion acceleration in a solitary wave by an intense picosecond laser pulse"// Phys. Rev. Lett. 89,215002 (2002).

52. Y. Sentoku, V.Y. Bychenkov, K. Flippo, A. Maksimchuk, K. Mima, G. Mourou, Z.M. Sheng, D. Umstadter "High-energy ion generation in interaction of short laser pulse with high-density plasma"// Appl. Phys. В 74,207-215 (2002).

53. A. Zhidkov, A. Sasaki, T. Tajima "Energetic-multiple-charged-ion sources on short-laser-pulse irradiated foils"// Review of Scientific Instruments 71,931-934 (2000).

54. Е.Г. Гамалий, В.Т. Тихончук "О воздействии мощных ультракоротких импульсов света на вещество"// Письма в ЖЭТФ 48,413-415 (1988).

55. Н.И. Коротеев, И.Л. Шумай, Физика мощного лазерного излучения, М:. Наука, 1991.

56. А.Ф. Александров, А.А. Рухадзе, Лекции по электродинамике плазмоподобных сред, Москва, Издательство Московского университета, 1999.

57. Ю.П. Райзер, Физика газового разряда, М:. Наука, 1987.

58. М. Murane, Н. Kapteyn, М. Rosen, R. Falcone "Ultrafast x-ray pulses from laser produced plasmas"// Science, 251,531 (1991).

59. D.W. Forslund, J.M. Kindel, K. Lee "Theory of hot-electron spectra at high laser intensity"// Phys. Rev. Lett. 39,284-288 (1977).

60. W.L. Kruer, K. Estabrook "Laser light absorption due to self-generated magnetic field"// Phys. Fluids 20,1688(1977).

61. A.A. Andreev, E.G. Gamalii, V.N. Novikov et al, "Plasma heating by ultrashort laser pulse in the regime of anomalous skin-effect"// (Superintense Laser Fields: Generation, Interaction with

62. Matter, and X-Ray Sources, St. Peterburg, Russia, 24-27 Sept. 1991) Proc. SPIE, v. 1800, p.86-97 (1992); ЖЭТФ 101,1808-1825 (1992).

63. P. Gibbon, A.R. Bell "Collisionless absorption in sharp-edged plasmas"// Phys. Rev. Lett. 68, 1535-1538(1992).

64. F. Brunei "Not-so-resonant, resonant absorption"// Phys. Rev. Lett. 59,52-55 (1987).

65. D. Giulietti, L.A. Gizzi, X-ray emission from laser-produced plasmas, Editrice Compositori, Bologna, Italy, 1998.

66. А.Б. Савельев "Управление свойствами плотной плазмы фемтосекундного лазерного импульса и инициирование низкоэнергетических ядерных процессов" диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук, Москва, 2004.

67. E.G. Gamaly "Ultrashort powerful laser-matter interactions: physical problems, models and computations"// Laser and Particle Beams 12, 185-208 (1993).

68. JÏ.A. Вайнштейн, И.И. Собельман, E.A. Юков, Возбуждение атомов и уширение спектральных линий, М,: Наука, 1979.

69. J1.A. Вайнштейн, В.П. Шевелько, Структура и характеристики ионов в горячей плазме, М.: Наука, 1986.

70. А.А. Русанов "Ионизация и рекомбинация в расширяющейся плазме, созданной фемтосекундным лазерным импульсом", диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, Москва, 2006.

71. Я.Б. Зельдович, Ю.П. Райзер Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М., Наука, 1966.

72. Т. Ditmire, J. Zweiback, V.P. Yanovsky, Т.Е. Cowan, G. Hays, K.B. Wharton// Nature 398, 489-492(1999).

73. J. Denavit "Absorption of high-intensity sub-picosecond lasers on solid density targets"// Phys. Rev. Lett. 69,3053-3056 (1992).

74. L.O. Silva, M. Marti, J.R. Davies, R.A. Fonseca, C. Ren, F.S. Tsung, W.B. Mori "Proton shock acceleration in laser-plasma interactions"// Phys. Rev. Lett. 92,015002 (2004).

75. P. Mora, R. Pellat "Self-similar expansion of plasma into a vacuum"// Phys. Fluids 22,2300-2304(1979).

76. P. Mora "Plasma expansion into a vacuum"// Phys. Rev. Lett. 90,185002 (2003).

77. A.J. Kemp, H. Ruhl "Multispecies ion acceleration of laser-irradiated water droplets"// Phys. Plasmas 12,033105 (2005).

78. Н.Г. Басов, Ю.А. Захаренков, А.А. Рупасов и др., Диагностика плотной плазмы, М.: Наука, 1988.

79. W.L. McLaughlin, Chen Yun-Dong, C.G. Soares, A. Miller, G. Van Dyk D.F. Lewis "Sensitometry of the response of a new radiochromic film dosimeter to gamma radiation and electron beams"//Nucl. Instr. Methods Phys. Res., Sect. A 302,165-176 (1991).

80. P.B. Волков, B.M. Гордиенко, M.C. Джиджоев, M.A. Жуков, П.М. Михеев,

81. А.Б. Савельев, А.А. Шашков "Управление свойствами и диагностика фемтосекундной плотной плазмы с использованием модифицированных мишеней"// Квантовая электроника 24,1114-1126 (1997).

82. D. von der Linde, К. Sokolowski-Tinten, J. Bialkowski „Laser-solid interaction in the femtosecond time regime "// Applied Surface Science 109/110,1-10 (1997).

83. B.C. Stuart, M.D. Feit, S. Herman, A.M. Rubenchik, B.W. Shore, and M.D. Perry "Nanosecond-to-femtosecond laser-induced breakdown in dielectrics"// Phys.Rev. В 53 17491761 (1996).

84. S.J. Gitomer, R.D. Jones, F. Begay, A.W. Ehler, J.F. Kephart, and R. Kristal "Fast ions and hot electrons in the laser-plasma interaction"// Phys. Fluids 29,2679-2687 (1988).

85. X. Wu, E. Sacher, M. Meunier "The effects of hydrogen bonds on the adhesion of inorganic oxide particles on hydrophilic silicon surfaces"// J. Appl. Phys. 80,1744-1748 (1999).

86. M. Праттон, "Введение в физику поверхности", РХД, Ижевск, 2000.

87. A. Tsunemi, К. Hagiwara, N. Saito, К. Wagasaka, Y. Miyamoto, О. Suto, H. Tashiro "Complete removal of paint from metal surface by ablation with a TEA CO2 laser"// Appl. Phys. A 63,435-439(1996).

88. X. Wu, E. Sacher, M. Meunier "The modeling of excimer laser particle removal from hydrophilic silicon surfaces"// J. Appl. Phys. 87,3618-3627 (2000).

89. Y.F. Lu, Y.W. Zheng, W.D. Song "Laser induced removal of spherical particles from silicon wafers"// J. Appl. Phys. 87,1534-1539 (2000).

90. Y.W. Zheng, B.S. Luk'ynchuk, Y.F. Lu, W.D. Song, Z.H. Mai "Dry laser cleaning of particles from solid substrates: experiments and theory"// J. Appl. Phys. 90,2135-2142 (2001).

91. Физические величины: Справочник под ред. И.С.Григорьева, Е.З.Мейлихова.-М.; Энергоатомиздат, 1991.

92. С.А. Ахманов, С.Ю. Никитин, Физическая оптика, Москва, Издательство Московского университета, 1998.

93. M. Ye, С.Р. Grigoropoulos "Time-of-flight and emission spectroscopy study of femtosecond laser ablation of titanium"// J. Appl. Phys. 89,5183-5190 (2001).

94. И.К. Кикоин, A.K. Кикоин, Молекулярная физика, Москва, «Физматгиз», 1963.

95. V.M.Gordienko, I.M.Lachko, A.A.Rusanov, A.B.Savel'ev, D.S.Uryupina, and R.V.Volkov " Enhanced production of fast multi-charged ions from plasmas formed at cleaned surface by femtosecond laser pulse"// Applied Physics В 80, 733-739 (2005).

96. P.B. Волков, B.M. Гордиенко, П.М. Михеев, А.Б. Савельев "Влияние атомного состава мишени на выход жесткого некогерентного излучения из фемтосекундной лазерной плазмы"// Квантовая электроника 30, 896-900 (2000).

97. О.В. Чутко "Квазирезонансное фотовозбуждение и конверсионный распад низкоэнергетических ядерных состояний в горячей плазме фемтосекундного лазерного импульса", диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, Москва, 2004.

98. М. Allen, Y. Sentoku, P. Audebert, A. Blazevic, T. Cowan, J. Fuchs, J.C. Gauthier,

99. M. Geissel, M. Hegelich, S. Karsch, E. Morse, P.K. Patel, and M. Roth "Proton spectra from ultraintense laser-plasma interaction with thin foils: experiments, theory, and simulation"// Phys. Plasmas 10,3283-3289 (2003).

100. S. Ter-Avetisyan, M. Schnurer, S. Busch, E. Risse, P.V. Nickles, and W. Sandner "Spectral dips in ion emission emerging from ultrashort laser-driven plasmas" // Phys. Rev. Lett. 93, 155006 (2004).

101. V.M. Gordienko, M.A. Joukov, A.B. Savel'ev, et al., Application of High Field and Short Wavelength Sources, p. 155 (Plenum Press, New York, 1998).

102. В. Toftmann, J. Schou, T.N. Hansen, and J.G. Lunney "Angular Distribution of Electron Temperature and Density in a Laser-Ablation Plume"// Phys. Rev. Lett. 84,3998-4001 (2000).

103. A. Thum-Jaeger, B.K. Sinha, K.P. Rohr "Experimental investigations of quenching of ionization states in a freely expanding, recombining laser-produced plasma"// Phys. Rev. E 61, 3063-3068 (2000).

104. А. Варанавичюс, T.B. Власов, P.B. Волков, С.А. Гаврилов, B.M. Гордиенко,

105. А. Дубетис, Э. Жеромские, А.Пискарскас, А.Б. Савельев, Г. Тамошаускас "Зависимостьвыхода жесткого рентгеновского излучения из плотной плазмы от длины волны греющего сверхкороткого лазерного импульса"// Квантовая электроника 30,523-528 (2000).

106. С. Rose-Petruck, К.J. Schafer, C.P.J. Barty, SPIE Proc. 2523,272 (1995).

107. C. Rose-Petruck, K.J. Schafer, K.R. Wilson, C.P.J. Barty „Ultrafast electron dynamics and inner-shell ionization in laser driven clusters"// Phys. Rev. A 55,1182-1190 (1997).

108. E.M. Snyder, S.A. Buzza, A.W. Castleman, Jr. „Intense field-matter interactions: multiple ionization of clusters"// Phys. Rev. Lett. 77,3347-3350 (1996).

109. V.P. Krainov "Ionization rates and energy and angular distributions at the barrier-suppression ionization of complex atoms and atomic ions" JOSA В 14,425-431 (1997).

110. M. Passoni, V.T. Tikhonchuk, M. Lontano, V.Yu. Bychenkov "Charge separation effects in solid targets and ion acceleration with a two-temperature electron distribution" // Phys. Rev. E 69, 026411 (2004).

111. C.A. Ахманов, B.A. Выслоух, A.C. Чиркин, Оптика фемтосекундных лазерных импульсов, М.: Наука, 1988.

112. Л.Д. Ландау, Е.М. Лившиц, Механика сплошных сред, Москва, Гос.изд.тех.-теор.лит.,1954.

113. M.P.Stockli, D.Fry "Analog gain ofmicrochannel plates for 1.5-154 keV/q Arq+(3<q<16)"// Rev. Sci. Instrum., 68,3053-3060 (1997).

114. В.М. Гордиенко, C.C. Гречин, А.А. Иванов, А.А. Подшивалов "Высокоэффективная генерация второй и третьей гармоник излучения фемтосекундного хром-форстеритового лазера в нелинейно-оптических кристаллах "// Квантовая электроника 35,525-526 (2005).

115. П.М. Михеев "Генерация жесткого некогерентного рентгеновского излучения и возбуждение ядер в высокотемпературной фемтосекундной лазерной плазме", диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, Москва, 1999.

116. R.C. Issac, G. Vieux, В. Ersfeld, Е. Brunetti, S.P. Jamison, J. Gallacher, D. Clark, and D.A. Jaroszynski "Ultra hard x rays from krypton clusters heated by intense laser fields"// Phys. Plasmas 11,3491-3496 (2004).