Исследование параметров ионной компоненты CO2-лазерной плазмы и эффективная генерация многозарядных ионов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.08, кандидат физико-математических наук Макаров, Константин Николаевич

• Макаров, Константин Николаевич
• кандидат физико-математических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Макаров, Константин Николаевич

Введение

Глава 1 Приборы и методики измерения параметров ионных потоков лазерной плазмы

1 1 Коллектор заряда

1 2 Перезарядка ионов лазерной плазмы в остаточном газе

1 3 Электростатический энергоанализатор типа цилиндрического дефлектора (ЭЭЦД)

1 3 1 Используемые схемы ЭЭЦД 27 1 3 2 Компьютерное моделирование временной формы массспектрометрического пика 31 1 3 3 Влияние изотопной структуры пиков масс-спектра на результаты измерения энергетических спектров ионов лазерной плазмы 48 1 3 4 Временное разрешение пиков масс-спектра 57 1 3 5 Вычисление временной формы пиков масс-спектра ионов свинца 60 13 6 Об ошибках в идентификации зарядового состояния ионов лазерной плазмы по времяпролетным масс-спектрам

Глава 2 Экспериментальные лазерные установки

2 1 С02-лазер в режиме свободной генерации

2 2 Лазерная система "ТИР-1" (генераторно-усилительная лазерная схема)

Глава 3 Исследования ионной компоненты плазмы, созданной излучением СО2 лазера длительностью (13 80)нс при плотности мощности на мишени (3 Ю10 -г 9 1013) Вт/см

3 1 Схема облучения мишени и времяпролетных измерений 79 3 2 Характеристики ионной компоненты плазмы различных элементов при острой фокусировке излучения плотностью мощности q = 6 1011 — 9 1013 Вт/см2 83 3 2 1 Генерация ионов с помощью лазера в режиме свободной генерации 83 3 2 2 Высоковольтная экстракция ионов лазерной плазмы при облучении мишени лазером в режиме свободной генерации

3 2 3 Параметры многозарядных ионов тяжелых и легких элементов, генерируемых С02-лазсрной плазмой при облучении мишени генераторно-усилительной лазерной системой ТИР

3 3 Характеристики ионной компоненты плазмы при плотности мощности q ~ 3 1013 Вт/см

3 4 Характеристики ионной компоненты плазмы свинцовой мишени при плотности мощности q = (3 - 9) Ю10 Вт/см

3 5 Зависимость характеристик ионов от параметров облучения мишени Эффективность лазерно-плазменного генератора высокозарядных ионов 101 3 6 Результаты численного моделирования нагрева и разлета плазмы, сравнение с экспериментальными данными

Глава 4 Лазерно-плазменный генератор высокозарядных ионов на основе СО2 лазера

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование параметров ионной компоненты CO2-лазерной плазмы и эффективная генерация многозарядных ионов»

4

Из идеи лазерного термоядерного синтеза, связанной с возможностью создания условий протекания термоядерной реакции в области фокусировки лазерного излучения на твердотельной мишени, возникла новая область исследований - физика взаимодействия мощного лазерного импульса с веществом, а плазме, получаемой таким методом, дали название "лазерная плазма" [1] Это новое направление за последние сорок лет бурно прогрессировало на основе стремительного развития лазерной физики и техники Многолетние усилия по экспериментальному и теоретическому исследованию свойств и характеристик лазерной плазмы расширили область приложений лазерной плазмы, связанную первоначально с лазерным термоядерным синтезом (ЛТС) На данный момент лазерная плазма находит многочисленные применения в различных областях физики ренттено-спекгральный анализ многозарядных ионов, физика высоких плотностей энергии и ударных волн, моделирование космофизических и высокотемпературных процессов, рентгеновская литография и т д

Объект исследования и актуальность темы

В последние десятилетия происходит интенсивное развитие и разработка источников многозарядных ионов Стимулом для их создания послужили потребности ускорителей тяжелых ионов Источник ионов является первым элементом ускорительного комплекса, который определяет конструктивные особенности, параметры, эффективность и возможности ускорителя Генерация сильноточных пучков высокозарядных ионов является одним из перспективных направлений исследований, находящих широкое применение в науке и технике В качестве примера применения таких пучков можно привести

- источник высокозарядных ионов тяжелых элементов в форинжекторах ускорителей частиц,

- источник кластерных ионов и молекул,

- источник пучков высокоионизованных атомов для измерения сечений взаимодействия в области атомной физики, необходимых в таких областях науки и техники как термоядерный синтез, физика ионосферы, астрофизика и собственно исследование самой лазерной плазмы,

- создание однородных пленок для формирования тонкой структуры многослойных рентгеновских зеркал и алмазных пленок,

- радиационное материаловедение, ионная имплантация с целью легирования полупроводников или изменения свойств поверхности материалов,

- формирование пучков ионов с определенным зарядовым состоянием с целью создания активной среды для рентгеновских лазеров

Основными параметрами источника ионов являются распределение по зарядовым состояниям производимых ионов и интенсивность извлекаемых пучков ионов Большинство из существующих в настоящее время типов источников многозарядпых ионов основано на последовательной ионизации электронным ударом До 70-х годов для ускорителей тяжелых ионов в основном использовался ионный источник на основе пеннинговского отражательного разряда с осциллирующими электронами (PIG) На этом типе источников был достигнут теоретический предел по зарядности и интенсивности, извлекаемых пучков, который определяется ограниченной температурой, плотностью и временем жизни плазмы Для источников PIG типичными являются следующие параметры плазмьг пе ~ 10й см-3, Те ~ 20 эВ, время жизни электронов и ИОНОВ Г, = Те ~ 10 MCK

Первым из нового поколения источников многозарядных ионов был электронно-лучевой источник, предложенный ЕД Донцом в 1967г [2] Этот источник ионов, получивший впоследствии название EBIS (Electron Beam Ion Source), был задуман как импульсный источник для получения высокозарядных ионов для ускорителей ионов высоких энергий Для увеличения зарядности ионов, получаемых в EBIS-источниках ионов, энергия ионизирующих электронов равна 100-200 кэВ, а время удержания ионов до десятков секунд и даже минут В основу этого источника был положен линейный ускоритель электронов непрерывного действия Источники ионов с коротким электронным пучком длинной менее 10 см выделились в отдельное направление и получили название Electron Beam Ion Trap (EBIT) В течении семидесятых и восьмидесятых годов на EBIS были получены рекордные зарядности тяжелых ионов В источнике KRION- 2 (ОИЯИ, Дубна) впервые были зарегистрированы полностью ионизированные ядра ксенона, а в EBIT (LNLL, США) ядра урана [3] Главными недостатками EBIS в сравнении с другими типами источников являются потери ионов и относительно низкая интенсивность (Ю10—10й с-1) получаемых ионов

Наиболее широко применяемым источником многозарядных ионов для ускорителей и атомной физики является источник на электронно-циклотронном резонансе (ECR- Electron-Cyclotron Resonance) [4,5] ECR источник является открытой магнитной ловушкой для удержания плазмы Электроны и ионы генерируются в результате ионизации электронным ударом горячими электронами В свою очередь электроны, возникающие в результате ионизации нейтралов и ионов, нагреваются до энергии в несколько кэВ полем радиочастотного микроволнового излучения, чья частота равна частоте ларморовского вращения электронов в продольном магнитном поле ловушки Увеличение степени ионизации в ионном источнике является результатом последовательной ионизации в течение периода удержания ионов К настоящему времени все крупные ускорительные центры мира оснащены такими источниками ионов Однако современные требования, предъявляемые к источникам, существенно превышают их возможности В первую очередь необходимо повышение тока ионного пучка ЕС11 источники перспективны для ускорителей ионов непрерывного действия благодаря их способности генерировать в непрерывном режиме достаточно интенсивные (Ю10—1013 с-1) пучки средних и тяжелых ионов с Z|A=0 2—0 3 (¿Г, А- заряд и масса иона, [А]=а ем)

Напротив, лазерно-плазменный генератор (ЛПГ) высокозарядных ионов позволяет получать большое число тяжелых ионов в режиме периодических коротких импульсов, что как раз и представляет представляет интерес для ускорителей ионов, работающих в импульсном режиме Источник такого типа перспективен таже для исследований в области тяжелоионного термоядерного синтеза Принципиальная идея ЛПГ высокозарядных ионов была предложена коллективом из МИФИ (Государственный университет) под руководством проф Ю А Быковского тридцать лет назад [6] ЛПГ основан на физическом явлении генерации высокоионизованных состояний атомов при воздействии мощного, сфокусированного лазерного импульса на поверхность твердотельной мишени [1] При расширении в вакуум высокотемпературной лазерной плазмы создается мощный поток заряженных частиц К преимуществам ЛПГ по сравнению с другими типами генераторов ионных импульсов относятся

• способность генерировать ионы практически любых элементов периодической таблицы Менделеева,

• способность генерировать интенсивный, короткий (1 — 100 мкс) ионный импульс с рекордно высокой яркостью

Главным отличием лазерной плазмы от других высокотемпературных плазменных объектов является высокая плотность энергии в веществе, обусловленная способностью лазеров за короткое время ть (ть < 100 не) концентрировать энергию в малых объемах вещества 10"6 см-3) Изменение мощности и длины волны нагревающего излучения позволяют регулировать температуру и плотность лазерной плазмы При воздействии на поверхность мишени сфокусированного излучения лазера с плотностью мощности д > 108 Вт/см2 образуется плазменный факел с большой температурой и плотностью В зависимости от параметров излучения лазера электронная температура в факеле может составлять Те = Ю-2 - 1 кэВ и более, при высокой величине параметра петг (до 1013 см-3 с), где пе - плотность электронов (1019 - 1021 см-3) Это позволяет получать в лазерной плазме ионы высокой зарядности

Такие характеристики ионной компоненты лазерной плазмы как высокая зарядность и интенсивность, вид углового распределения являются исключительно благоприятными для ее использования в качестве источника многозарядных ионов для ускорителей Первая практическая реализация использования ЛПГ в ускорительном комплексе была осущестлена тридцать лет назад на синхрофазотроне ОИЯИ (совместная работа ученых МИФИ и ОИЯИ) [7] Требования, представляемые со стороны ускорителей к источнику ионов по частоте срабатывания (до 10 Гц), стабильности выходных параметров ионного пучка (±10%) и времени бесперебойной работы (10б срабатываний) устанавливают жесткие ограничения, как на выбор типа лазера, так и на его максимально достижимую для практического использования энергию Особенности развития лазерной техники в течение последних 20-30 лет сделали наиболее привлекательным использование в ЛПГ СОг-лазеров с поперечным разрядом Выходная энергия лазеров данного типа может варьироваться от 1 до 100 Дж при длительностях импульса лазерного излучения 0 01 —1 мкс и частоте срабатывания до 10 Гц Использование ССЬ-лазеров для генерации многозарядных ионов из лазерной плазмы вследствие их высокого технического уровня развития, относительной простоты и невысокой стоимости даже в конфигурации импульсно-периодической установки с высоким ресурсом наработки является в настоящее время наиболее перспективным

Таким образом, актуальность исследований ионной компоненты лазерной плазмы не вызывает сомнений

Объектом исследования в диссертации являлись ионная компонента СО2 лазерной плазмы и решение проблемы высокоэффективной генерации пучков высокозарядных ионов К моменту начала работы имеющиеся в литературе сведения не давали ответа на целый ряд существенных вопросов , а именно

• какие плотности мощности СО2-лазера необходимы для генерации пучков ионов заданного элемента, определенной кратности ионизации, длительности, эмиттанса,

• каковы требуемые длительности импульса и условия облучения мишени, необходимые для эффективной генерации ионов заданного типа,

• необходимая энергетика лазерного импульса для генерации заданного числа частиц,

• принципы построения и структура лазерной системы

Так как объектом исследований является лазерная плазма, то представляется ясной и необходимость разработки эффективных и надежных СО^ лазерных систем для генерации импульсов с широким спектром характеристик

В связи с этим целью диссертационной работы являлось детальное исследование характеристик ионной компоненты плазмы Для реализации цели исследования было необходимо решить целый ряд задач

- создание лазерной системы для генерации мощного импульса С02 лазера с высоким пространственно-временным качеством излучения,

- разработка и внедрение в диагностический комплекс существующей в ТРИНИТИ лазерной установки ТИР-1 времяпролетной корпускулярной диагностики для измерения параметров ионной компоненты лазерной плазмы с высоким масс-спектральным разрешением,

- анализ и выяснение условий, при которых измерения параметров ионных потоков лазерной плазмы с помощью времяпролетной корпускулярной диагностики являются корректными,

- измерение энергетических, массовых и зарядовых спектров ионной компоненты плазмы, создаваемой при воздействии импульсов СО2 лазера на мишени из различных элементов,

- определение зависимости характеристик ионной компоненты плазмы от параметров импульса С02 лазера и определение оптимальных условий облучения для генерации требуемого потока ионов заданной кратности ионизации,

- разработка и испытание в условиях реального ускорителя заряженных частиц лазерно-плазменного генератора ионов импульсно-периодического действия

Научная новизна

Научные обобщения и выводы, сделанные автором, состоят в шедующием

1 Впервые получено сокращение длительности импульса СО2 лазера до ~10 не при его распространении в резонансных средах нелинейного поглотителя и усилителя, экспериментально установлены условия, обеспечивающие эффективную компрессию импульса и увеличение его интенсивности на выходе трехпроходового телескопического усилителя

2 Создана программа компьютерного моделирования формирования временной формы пиков масс-спектра, позволяющая проводить численный анализ временной формы пиков времяпролетного масс-спектра ионов лазерной плазмы, экспериментально регистрируемых детектором энергоанализатора

3 Впервые посредством масс-спектометрии для ионов алюминия А12+ (/<8—11) определены зависимости длительности генерации Дтде„ от энергии ионов для лазерного импульса тр ~ 15 нс и плотности мощности на мишени д < (3 — 5) 1013Вт/см2 Показано, что для энергий ионов 2 < Е%)г < 10 кэВ длительность генерации Дт,;еп сравнима с длительностью лазерного импульса В случае 10 < Ег/г < 40 кэВ Дт()вп не превышает 5 нс

4 Получены подробные экспериментальные данные о характеристиках ионной компоненты плазмы тяжелых элементов (на примере свинца) потоках частиц в заданный телесный угол, их зарядовом составе, энергетических спектрах разлета Данные обобщены для плотностей мощности СОг лазера на мишени в интервале д = 3 10ш — 9 1013 Вт/см2 для импульсов излучения различной формы и длительности, а также для разных диаметров пятна фокусировки

Практическая ценность

1 Разработан новый поход к формированию лазерных импульсов в нелинейных средах усилителя и поглотителя (БРо), который позволяет стабильно генерировать импульсы СО2 излучения высокой пиковой мощности в импульсно-периодичсском режиме

2 Результаты исследований по созданию С02 лазерных импульсов могут быть использованы для проектирования мощных лазерных систем, генерирующих импульсы переменной длительности с высоким качеством выходного излучения

3 Предложен новый подход к оценке влияния перезарядки ионов лазерной плазмы в остаточном газе на спектр их зарядностей, позволяющий сформулировать требования для корректного проведения времяпролетных корпускулярных измерений

4 Созданный электростическии энергоанализатор может в дальнейшем быть использован в экспериментах по диагностике ионных потоков лазерной плазмы, формируемых импульсами излучения с интенсивностью Ю10 < q < 1017 Вт/см2* Написанный пакет программного обеспечения позволяет осуществлять идентификацию и обработку пиков масс-спектра, регистрируемых энергоанализатором, с высокой степенью автоматизации

5 Получены данные о кратности ионизации, плотности тока ионов и их энергетических распределениях для мишеней из различных элементов и различных импульсов излучения, позволяющие проводить инженерно-физические расчеты по генерации ионов с помощью плазмы, создаваемой С02 лазером

Предполагается использование анализатора на экспериментальных установках в ФИАН и ИТЭФ

6 Создан и испытан лазерно-плазменный генератор высокозарядных ионов импульсно-периодического действия с выходом частиц за выстрел 2 3 1014 частиц/стерад для РЬ25+ и 7 8 1015 частиц/стерад для А111+

Положения, выносимые на защиту

1 Впервые, за счет эффекта нелинейного распространения импульса света в резонансных средах поглотителя и усилителя получено сокращение импульса С02 лазера по длительности до ~12 не при его энергии до 100 Дж Создана лазерная установка, состоящая из задающего одночастотного генератора, поглощающих ячеек с БРе и широкоапертурного усилителя, которая позволяет стабильно генерировать импульсы СО2 лазера с пиковой мощностью 5 ГВт в режиме долговременной работы с частотой повторения 1 Гц

2 На основе компьютерного траекторного анализа движения пучка частиц в поле прибора проведена оптимизация конструкции электростатического энергоанализатора типа цилиндрического дефлектора Энергоанализатор был спроектирован, создан и использован для измерения параметров ионного потока лазерной плазмы Анализатор обеспечил измерение зарядовых, энергетических и массовых спектров заряженных частиц в диапазоне энергий ионов 0 3 < <100 кэВ Создана программа компьютерного моделирования временной формы пика масс-спектра Проведен численный анализ временной формы пиков времяпролетного масс-спектра ионов лазерной плазмы, регистрируемых детектором энергоанализатора

3 Установлено, что при облучении мишеней импульсами СО2 лазера длительностью 15 не при плотности мощности q = 3 10п Вт/см2 в расширяющейся в вакуум плазме наблюдаются две группы ионов, отличающиеся средними кратностями ионизации (низкозарядная и высокозарядная), распределением скоростей и угловыми характеристиками разлета Наблюдается также отклонение максимума в угловом распределении ионов низкой заряд-ности от направления нормали к поверхности мишени

4 Проведены эксперименты по генерации высокозарядных ионов для различных условий облучения плоских мишеней разные формы импульсов (гладкий одночастотный импульс и многомодовый импульс свободной генерации), диаметр пятен фокусировки 65 и 135 мкм, плотность мощности на мишени 9 = 3 101П —9 1013 Вт/см2 Исследованы характеристики пучков высокозарядных ионов (г < 33) легких и тяжелых элементов (М§, Р, Са, А1, Т1 и РЬ), генерируемых СО2 лазерной плазмой Получены зависимости кратностей ионизации ионов свинца, данные об их энергетических спектрах, количествах ионов в различных направлениях разлета при плотности мощности на мишени до д ~ 9 1013 Вт/см2

5 При генерации ионов из лазерной плазмы, создаваемой импульсами СОг лазера длительностью 15 не и плотностью мощности q < 1014 Вт/см2 получена избирательность по кратности ионизации 50% для легких (А111+) и 15% для тяжелых элементов (РЬ25+)

6 Создан, испытан и внедрен в лаборатории протонного синхротрона ЦЕРН (Женева, Швейцария) лазерно-плазменный генератор высокозарядных ионов импульсно-периодического действия с выходом частиц за выстрел 2 3 1014 частиц/стерад для РЬ25+ и 7 8 1015 частиц/стерад для А111+ при долговременной работе ЛПГ ЛПГ ионов в настоящее время внедряется в инжектор тяжелоионного ускорителя ИТЭФ в рамках программы "ТВН ИТЭФ"

Апробация работы

Основные результаты работы опубликованы в 20 статьях в журналах «ЖЭТФ», «Квантовая электроника», «Физика плазмы», «Письма ЖТФ», «Journal Russian Laser Research», «Laser and Particle Beams», «Plasma Physics and Controlled Fusion», «Proceedings of SPIE», «Review Scientific Instruments», 8 препринтах ИАЭ и ТРИНИТИ и докладывались на международных конференциях XXII Европейская конференция по взаимодействию лазерного излучения с веществом, Париж, 1993, 6-я Национальная конференция по диагностике высокотемпературной плазмы, Санкт-Петербург, 1993, 6-я Международная конференция по ионным источникам Вистлер, Канада, 1995, XXIV Европейская конференция по взаимодействию лазерного излучения с веществом, Мадрид, 1996, 18-я Международная конференция по линейным ускорителям, LINAC-96, Женева, Швейцария, 1996, 7-я Международная конференция по ионным источникам, Тормина, Италия, 1997, XXVI Европейская конференция по взаимодействию лазерного излучения с веществом, Прага, 2000, 9-я Международная конференция по ионным источникам, Оклэнд, Калифорния, США, 2001, Международная конференция IV Харитоновские тематические научные чтения, Саров, 2002, XXVII Европейская конференция по взаимодействию лазерного излучения с веществом, Москва, 2002, ЕРАС-2002 Европейская конференция по ускорителям частиц, Париж, 2002, XXX Звенигородская Конференция по физике плазмы и У ТС, Звенигород, 2003, X Международная конференция по ионным источникам, Дубна, 2003, ЕРАС-2004 Европейская конференция по ускорителям частиц, Люцерна, Швейцария, 2004

Личное участие автора в научных исследованиях, приведенных в работе, состоит в постановке задачи, выработке программы исследования, непосредственном проведении экспериментов, обсуждении результатов В части расчетно-теоретических исследований вклад диссертанта состоял в постановке задачи и в сравнении результатов расчета с экспериментом, а также в проведении отдельных расчетов с использованием авторских программ

Содержание работы

Диссертации состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы Объем работы составляет 146 страницу, включая 132 рисунка Список цитируемой литературы содержит 160 наименования, включая 28 авторских публикаций Во Введении обоснована актуальность исследуемой проблемы, сформулирована цель и задачи диссертационной работы, перечислены полученные в диссертации новые результаты, их практическая ценность и новизна, представлены положения, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации диссертационного материала и о степени личного участия автора в работе Описана структура диссертации и ее содержание

Заключение диссертации по теме «Физика плазмы», Макаров, Константин Николаевич

Основные результаты и выводы

В диссертационной работе проведено исследование плазмы, создаваемой импульсами СО2 лазера при плотностях мощности излучения на мишени от 3 Ю10до9 1013 Вт/см2 Особое внимание уделено изучению характеристик ионной компоненты плазмы и их зависимости от условий облучения мишеней В результате работы установлены условия эффективной генерации высо-коионизованных атомов из лазерной плазмы и разработан сильноточный лазерно-плазменный генератор ионов Успех в разработке ЛПГ опирался на результаты создания и исследования лазерных систем, способных генерировать мощные импульсы СО2 лазера с хорошей воспроизводимостью характеристик в импульсно-периодическом режиме с высоким ресурсом наработки Формирование таких импульсов длительностью ~ 10 не и мощностью до 5 ГВт достигнуто в цепочке поглотителя и усилителя за счет нелинейного взаимодействия излучения с резонансными средами

Измерения параметров ионных потоков лазерной плазмы, проведенные в широком диапазоне условий облучения плоских мишеней, были выполнены с использованием время-пролетных корпускулярных диагностик В работе особое внимание было уделено разработке конструкций корпускулярных диагностик В результате были созданы оригинальные конструкции коллектора заряда и электростатического энергоанлизатора При конструировании приборов использовалось компьютерное моделирование процесса измерения, на основании которого был выбран вариант конструкции ионного анализатора Экспериментальное исследование и компьютерное моделирование формирования формы пика время-пролетного масс-спектра позволили установить условия корректного измерения параметров ионного потока с помощью энергоанализатора

Полученные в диссертации данные позволили сконструировать, изготовить и испытать прототип лазерно-плазменного генератора частиц (ЛПГ), способного работать в режиме реального времени на действующих тяжелоионных ускорителях в схеме инжектора частиц Разработанный генератор высокоионизованных атомов, созданный совместно ТРИНИТИ и ИТЭФ, предназначен, в частности, для выполнения программы "ТВН ИТЭФ" [160] Этот научный проект позволит создать в России уникальный исследовательский инструмент, представляющий собой пучок тяжелых ионов с энергией до 100 кДж и длительностью около 100 не Реализация проекта в ГНЦ РФ ИТЭФ происходит в настоящее время с участием ГНЦ РФ ТРИНИТИ^

В данный момент сильноточный лазерно плазменный генератор ионов, также как и начальные ускорительные модули находятся на стадии монтажа и наладки

Основные научные и научно-практические результаты диссертационной работы состоят в следующем

1 Впервые, за счет эффекта нелинейного распространения импульса света в резонансных средах поглотителя и усилителя получено сокращение импульса С02 лазера по длительности до ~ 12 не при его энергии до 120 Дж

2 Создана С02 лазерная система, способная генерировать импульсы излучения переменной длительности т=12-f-75 не с энергией Е ~100 Дж и высоким качеством пространственного распределения лазерного пучка Возможность изменения длительности импульса излучения совместно с использованием различных фокусирующих объективов позволяет изменять условия облучения в широком диапазоне, в частности вариьировать плотность мощности на мишени в пределах q=1010-rl014 Вт/см2 Простота и фунциональность принципа формирования С02 лазерных импульсов позволяет использовать его для импульно-периодического режима работы

3 Создана лазерная установка, состоящая из задающего одночастотного генератора, поглощающих ячеек с SF6 и широкоапертурного усилителя, которая позволяет стабильно генерировать импульсы С02 лазера с пиковой мощностью 5 ГВт в импульсно-периодическом режиме с частотой 1 Гц

4 Разработана оригинальная конструкция ионного коллектора, выяснены условия ее корректного использования для измерения ионного тока лазерной плазмы Utx >10 кВ, давление остаточного газа не выше р <10~6 Тор

5 Впервые проведен подробный анализ влияния перезарядки ионов в остаточном газе при разлете лазерной плазмы в камере взаимодействия на их спектр зарядностей Показано, что она не существенна для ионов с зарядностью z <50, если корпускулярная диагностическая аппаратура располагается на расстоянии L <3 м от мишени при давление остаточного газа р <10"6 Тор

6 Обоснована и осуществлена модернизация широко используемой конструкции электростатического энергоанализатора типа 90° цилиндрического дефлектора (ЭЭЦД) Показано, что модернизация значительно улучшила параметры анализатора

7 Создана программа компьютерного моделирования временной формы пика масс-спектра Проведен численный анализ временной формы пиков времяпролетного масс-спектра ионов лазерной плазмы, экспериментально регистрируемых детектором ЭЭЦЦ

8. На основе компьютерного моделирования (траекторного анализа) произведена оптимизация угла поворота ЭЭЦД на основании максимальной стабильности весовой функции анализатора к изменению входных параметров потока частиц Такой анализатор был спроектирован, создан и использован для измерения параметров ионного потока лазерной плазмы

9 Проанализированы причины возможных нелинейностей, возникающих при формировании временной формы пика масс-спектра, которые могут привести к существенным ошибкам в величинах измеряемых амплитуд пиков Рассмотрены нелинейности, обусловленные как самой контрукцией энергоанализатора, так и откликом детектора Даны рекомендации корректного использования результатов времяпролетных корпускулярных измерений

10 Экспериментально изучена временная форма функции отклика используемого детектора ионного анализатора (ВЭУ-26) , включая нелинейность ее параметров при высоких уровнях токовой загрузки. Определен максимальный заряд усиленного импульса Q (Qcr=80 пК), при превышении которого отклик ВЭУ-26 имеет нелинейный характер из-за насыщения

11 Эксперименты по генерации высокозарядных ионов проведены для различных условий облучения плоских мишеней разные формы импульсов (гладкий одночастотный импульс и импульс свободной генерации), диаметр пятен фокусировки 65 и 135 мкм, плотность мощности на мишени q=3 Ю10-г9 1013 Вт/см2

12 Впервые посредством масс-спектометрии для ионов алюминия А1г+ (z <8—11) определены зависимости длительности генерации Дтдеп от энергии ионов для лазерного импульса Тр ~15 не и плотности мощности на мишени q<(3—5) 1013 Вт/см2 Для энергий ионов 2< Ejz <10 кэВ длительность генерации Атдеп сравнима с длительностью лазерного импульса В случае 10< Ejz < кэВ Атдеп не превышает 5 не

13 В результате исследований ионной компоненты плазмы свинцовой мишени при низких плотностях мощности (q<9 Ю10 Вт/см2), длительности импульса СОг излучения 15 не и энергии —100 Дж (оптимальные условия для генерации ионов РЬ4+), выполненных для тяжелоионного ускорителя в GSI (Германия), получен ток ионов РЬ4+ величиной 12 мА и длительностью 80 мке (~1012 частиц в импульсе)

14 Исследованы характеристики пучков высокозарядных ионов (z <33) тяжелых и легких элементов (Mg, F, Ca, Al, Ti и Pb), генерируемых СОг лазерной плазмой Получены зависимости кратностей ионизации ионов свинца, данные об их энергетических спектрах, количествах ионов в различных направлениях разлета для различных параметров лазерного импульса и плотности мощности на мишени до q~9 1013 Вт/см2

15 Создана импульсная система экстракции ионных пучков лазерной плазмы, позволяющая применять напряжение иехг <150 кВ при энергии СОг-лазерного излучения £х <50 Дж На расстоянии 0 5 м от мишени получен пучок ионов свинца с средней энергией Ё >3 МэВ, средним зарядом г «¿25 и плотностью тока ^100 мА/см2

16 Измерения пространственного распределения экстрагированного ионного пучка с помощью трекового детектора показали, что система электродов Пирса экстрагирует пучок с более однородным распределением плотности тока и меньшей расходимостью по сравнению с пучком, экстрагируемым плоскими электродами

17 Получено качественное согласие экспериментально измеренных характеристик ионной компоненты лазерной плазмы и результатов проведенных численных расчетов взаимодействия СОг лазерного излучения с плоскими мишениями при двумерном моделировании всех стадий эволюции плазмы

18 Создан, испытан и внедрен в лаборатории протонного синхротрона ЦЕРН (Женева, Швейцария) лазерно-плазменный генератор (ЛПГ) высокозарядных ионов импульсно-периодического действия с выходом частиц за выстрел 2 3 1014 частиц/стерад для РЬ25+ и 7 8 1015 частиц/стерад для А111+ Генератор ионов в настоящее время внедряется в инжектор тяжелоионного ускорителя ИТЭФ в рамках программы "ТВН ИТЭФ"

В заключение автор приносит искреннюю благодарность сотрудникам ТРИНИТИ, исследования которых явились фундаментом приведенных здесь разработок Автор благодарен сотрудникам ТРИНИТИ и техническим работникам, оказавшим помощь и организационно-техническую поддержку при проведении экспериментов и измерений, обработке данных измерений, в том числе с помощью расчетно-теоретических методов

Высказываю искреннюю благодарность член-корреспонденту РФ профессору

В Ю Баранову , благодаря инициативе и активной деятельности которого в ГНЦ РФ

ТРИНИТИ было создано соответствующее подразделение, разработаны прототипы СОг лазеров как импульсного, так и импульсно-периодического действия

Благодарю член-корреспондента профессора В Д Письменного за помощь в создании установки ТИР-1, постоянную поддержку исследовательской работы и внимание к ее результатам Выражаю благодарность директору ГНЦ РФ ТРИНИТИ профессору В Е Черковцу, постоянное внимание которого к проекту и его финансовая поддержка позволили довести работу до завершающей фазы создания комплекса, реализующего возможности лазерно-плазменной технологии

С большим удовольствием автор приносит благодарность директору ОИП профессору Д Д Малюте и начальнику лаборатории Ю.А Сатову, которые будучи научными наставниками и руководителями кандидатской диссертации, сформулировали цели и научные задачи, явившиеся предметом настоящей диссертации Под их руководством и с их непосредственным участием выполнена большая часть исследований Постоянное участие в обсуждении текущих результатов исследований и помощь в нахождении возможностей для их эффективного проведения явились одними из существенных факторов поддержки работы

Непосредственные участники описанных разработок и соавторы работы заслуживают особой моей благодарности и специального упоминания Это прежде всего ведущий научный сотрудник Ю Б Смаковский, научный сотрудник С В Хоменко, старший научный сотрудник ГС Волков Автор признателен сотрудникам ТРИНИТИ, проводившим расчетно-теоретические исследования и обсуждение результатов экспериментов, описанных здесь профессору А Н Старостину, начальнику лаборатории А Е Степанову, старшему научному сотруднику В К Рериху

С глубокой признательностью отмечаю особую роль, которую сыграл в данной работе член-корреспондент Б Ю Шарков Его настойчивые усилия в развитии самой схемы лазерного источника ионов обеспечивали внимание к ней начиная с 70-х годов прошлого столетия Выполненные им в эти годы исследования источника ионов в соавторстве с коллективами МИФИ, ФИАН, ТРИНИТИ (ФИАЭ им И В Курчатова) и другими лабораториями давали материал для обоснования и развития лазерно-плазменного генератора ионов Что касается материалов данной диссертации, его заслугой, помимо непосредственного участия в научных исследованиях в качестве соавтора многих работ, являлась организация самого проекта по разработке ЛПГ и его внедрения в тяжелоионные ускорители ЦЕРН и ИТЭФ

Автор благодарен также коллегам из ГНЦ РФ ИТЭФ с н с А В Шумшурову, с н с С А Кон-драшеву, не АН Балабаеву и др, приложившим немало усилий в рамках деятельности по изготовлению и внедрению лазерного источника ионов, сотруднику ЦЕРНа РМ Скривенсу за помощь во внедрении разработки в отделении протонного синхротрона ЦЕРН

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Макаров, Константин Николаевич, 2006 год

1.1 Ананьин О Б, Афанасьев Ю В , Быковский Ю А , Крохин О Н Лазерная плазма Физика и применения-М МИФИ, 2003 -400 с

2. Донец ЕД Авторское свидетельство СССР №248860, Биллютень изобретений, 1969, №24, с 65

3. Becker R Collision physics in ECR and EBTS/T// Rev Sci Instr -2002 -v 73, №2 P 693-695

4. Sortais P Pulsed ECR ion source using the afterglow mode//Rev Sci Instr—1992—v 63, №4 — P 2801-2805

5. Getter R Electron cyclotron resonance sources' Historical review and future prospects// Rev Sci Instr—1998 -v 69, №3 P 1302-1310

6. Быковский Ю A , Козырев ЮП, Рыжих С В, Сильное СМ, Елесин В Ф, Дымович В И Авторское свидетельство СССР №324938, Биллютень ОИПОТЗ, 1974, с 227

7. Ананьин ОБ, Балдин AM Безногих ЮД и dp Об осуществлении ускорения ядер углерода, полученных в лазерном инжекторе, на синхрофазотроне ОИЯИ // Квантовая электроника -1977 -Т 4 -7 -С 1547-1549

8. Pelah I Diagnosis of laser produced plasma with charge collectors // Phys Letters—1976 — v 59A, №12 — P 348-350

9. Pearlman JS Faraday cups for laser plasmas// Rev Sci Instr-1977 -v 48, №8 P 1064-1067vspace-12pt

10. Denus S, Farny J, Wereszczynski Z, Wolowski J, Woryna E Application of ion diagnostics for the study of plasma produced by a laser beam focused on Z > 5 targets // J Tech Phys —1977 — v 18, №1-P 25—43

11. Raven A , Rumsby PT, Watson J Multichannel digitizer for routine monitoring of ion emission from laser-driven implosions// Rev Sci Instr—1980—v 51, №3 — P 351-354

12. Krasa J, Laska L, Fry D, Stockh MP Electron yield per ion charge-state correction for an ion collector with unsuppressed secondary electron emission I I Czech J Phys — 2000 —v 50, №7 — P 797-892

13. Brown IG The Physics and Technology of Ion Sources John Wiley&Sons, 1989 - 320 p

14. Кильпио А В, Киселев НГ, Пашинин ПП и dp Исследование энергетических спектров многозарядных ионов Ti из лазерной плазмы// Квант электрон — 2005 —т 35, №7 — С 638— 640

15. Лисица В С, Коган В И Атомные процессы в плазме Итоги науки и техники Сер "Физика плазмы" М ВИНИТИ, 1982, тЗ, С 5-56

16. Betz H-D Charge states and charge-changing cross sections of fast heavy ions penetrating through gaseous and solid media // Rev Mod Phys 1972 -v 44, №3 - P 465-539

17. Шурыгин В А Кинетика распределений примесей по зарядовым состояниям в плазме токамака // Физ плазмы — 2004 —т 30, №6 — С 483-513

18. Басов НГ и др Диагностика плотной плазмы / Н Г Басов, Ю А Захаренков, А А Рупасов, ГВ Склизков, А С Шиканов, Под ред НГ Басова М Наука, 1989 - 368 С

19. Clement R М, Davies R А , Miles Н Т, Sethuraman SK Influence of charge transfer on energy measurements of ions expanding from laser-produced plasmas // J Phys D —1980 —v 13, №9 — P 1643-1648

20. Макаров KH, Camoe ЮА, Смаковский ЮБ Анализ временной формы пиков время-пролетного масс-спектра ионов лазерной плазмы —Троицк, ЦИИИАТОМИНФОРМ, 2005 — 102с ( Препринт ТРИНИТИ №Ш-А)

21. Сысоев А А, Чупахин М С Введение в масс-спектрометрию -М Атомиздат,1977-302 с

22. Афанасьев В П, Явор С Я Электростатические энергоанализаторы для пучков заряженных частиц М Наука, 1978 - 224 с

23. Воловски Е, Ворына Э, Денус С и dp Масс-спектрометрические исследования плотной плазмы на установке "Кальмар"//Труды ФИ АН-1985 -т149-С 125-149

24. Kudyan НМ Interpretation of electrostatic energy analyzer data of a flowing plasma // Rev Sci Instrum -1978 v 49, №1 - P 8-10

25. Быковский Ю A , Дорофеев В И, Дымович В И и dp Исследование ионов, образующихся при взаимодействии излучения лазера с веществом, с помощью масс-спектрометра // Журн тех физ 1968 -т 38, №7 - С 1194—1196

26. Green TS, Proca G A A parallel plate electrostatic spectrograph // RevSci Instrum —1970 — v 41, №10 — P 1409-1414

27. Воловски E, Ворына Э, Денус С и dp Масс-спектрограф Томсона для исследования лазерной плазмы // ЖТФ -1982 v 27, №2 - С 233-238

28. Funsten НО, McComas DJ, Scime ЕЕ Е||В energy-mass spectrograph for measurement of ions and neutral atoms // RevSci Instrum -1997 v 68, №1 - В 292-295

29. Kozochkin SM, Makarov KN, Satov YuA et al High charge state lead ions generation in C02-laser produced plasma Experiments and numerical simulations — M , Kurchatov Institute, 1993 — 47p (Preprint IAE №5635/7)

30. Chowdhury SS, Clement RM, Miles HT Ion energy analyser for laser-produced plasma // J Phys E -1980 -v 13, №10 — P 1099-1105

31. Eicher J, Rohr К, Weber H An electrodynamic coaxial spectrometer for multichannel plasma pulse analysis//J Phys E -1983 -v 16, №9-P 903-908

32. Goforth RR A multichannel ion mass spectrometer in laser-produced plasma studies // Rev Sci Instrum -1976 -v 47, №5-P 548-552

33. Decoste R, Ripin В H High energy ion analyzer for laser-produced plasma studies // Rev Sci Instrum -1977 -v 48,№3-P 232-236

34. Tallents G J The operation of a 45 degrees parallel-plate electrostatic analyser in laser-produced plasma studies // J Phys E -1978 v 11, №8 - P 769-771

35. Овсянникова JIII, Фишкова ТЯ Цилиндрический зеркальный энергоанализатор с закрытыми торцами // Ж тех физ -1994 т 64, №10 - С 174-177

36. Bader Н, Rohr К, Weber Н Space charge effects in electrostatic ion analysers for laser produced plasma detection // J Phys D -1980. v 13, №2 - P L149-L151

37. Bryee P, Dalghsh R L, Kelly J С The 127° electrostatic analyzer performance as a spectrometer //Can J Phys -1973 -v 51-P 574-578

38. Fujisawa A, Hamada Y Theoretical study of cylindrical energy analyzers for MeV range heavy-ion beam probes//Rev Sci Instrum -1993 -v 64, №12-P 3503-3514

39. Fujisawa A , Iguchi H Sasao M, Hamada Y Second-order focusing property of 210° cylindrical energy analyzer // Rev Sci Instrum -1995 v 66, №3 - P 2524-2527

40. Poulin A , Roy D Optimisation of the 180° hemispherical electrostatic deflector // J Phys E -1978 -v 11, №1 — P 35-42

41. Sagara T, Boesten L, Nishida S, Okada К Resolution improvements for hemispherical energy analyzers // Rev Sci Instrum -2000 v 71, №11 - P 4201-4207

42. Sharkov В Yu, ShumshurovA V, Dubenkov VP et al Laser ion source for heavy ion accelerators // Rev Sci Instr -1992 v 63, №4 - P 2841-2843

43. Mroz W, Nowak-Goroszczenko A Wolowski J Woryna E Investigations of laser interaction with high-Z targets // Las &Part Beams -1992 v 10, №4 - P 689-696

44. Baranov VYu, Makarov К N, Satov YuA etal Study of multi-charge heavy ion generation from C02 laser produced plasma Troitsk, TRINITI, 1995 - 32p (Preprint TRINITI №0015-A)

45. Козлов И Г Современные проблемы электронной спектроскопии M Атомиздат, 1978 -248 с

46. Hughes А , Rojansky V On the analysis of electronic velocities by electrostatic means // Phys Rev -1929 -v 34, №2-P 284-290

47. Ehler W Measurement of Debye length in laser-produced plasma // Phys Fluids —1973 — v 16, №2 P 339-340

48. Макаров К H, Самое Ю А Стрельцов А П и др Генерация высоко ирядных ионов тяжелых элементов в С02-лазерной плазме// ЖЭТФ — 1994 —т 106, №6 — С 1649-1662

49. Козочкин СМ, Макаров КН, Сатов Ю А и др Об использовании энергетических спектров многозарядных ионов для диагностики параметров лазерной плазмы // Физ плазмы -1994-т 20, №1-С 110-114

50. Baranov VYu, Makarov К N Roerich VC et al Study of multi-charged heavy ion generation from C02-laser produced plasma// Laser and Particle Beams —1996 —т 14, №3 — P 347-368

51. Tonon G Spectres de l'energie des ions émis par le béryllium, le carbone et le molybdene sous l'action du faisceau d'un laser // С R Acad Se Pans -1966 -1 262, Serie B, 7 mars P 706-709

52. Langer P, Tonon G, Floux F et al Laser induced emission of electrons, ions, and X rays from solid targers // IEEE J Quant Electr -1966 v QE-2, №9 - P 499-502

53. Denus S, F amy J, Wereszczynski Z etal Application of ion diagnostics for the study of plasma produced by a laser beam focused on Z > 5 targets // J Tech Phys —1977 — v 18, №1 — P 25-43

54. Herzog R Ablenkung von kathoden- und kanalstrahlen am rande eines kondensators, dessen streufeld durch eme blende begreuzt ist // Zeitschrift fur Physik —1935 — v 97 — P 596-602

55. Loboiko AI, Roerich VC, Stepanov AE Development of numerical solution techniques of population kinetics equation in the code packages GIDRA-1 and GIDRA-2 — Troitsk, CNI-IAtomlnform, 1994 26p (Preprint TRINITI №0002-A)

56. Roerich VC, Stepanov AE Code package GIDRA-2 for simulation of hydrodynamics and population kinetics of nonequilibrium plasma (2D model) — Troitsk, CNIIAtomlnform, 1994 — 44p (Preprint TRINITI №0003-A)

57. Мезенцев А П, Федотов В JI, Кадырова ВС К вопросу о монокинетизации пучка электронов в поле цилиндрического конденсатора // ЖТФ —1971 — т XLI, №10 — С 2170-2174

58. Bryce P, Dalghsh R L, Kelly J С The 127° electrostatic analyzer performance as a spectrometer 11 Can J Phys -1973 v 51, №4 - P 574-586

59. Айнбунд MP, Поленов Б В Вторично-электронные умножители открытого типа и их применение-М Энергоиздат,1981 -140 с

60. Fleischmann H H, Ashby DETF, Larson A V Errors in the use of mass analyzers in plasmaphysics//Nucl Fusion -1965-v 5-P 349-351

61. Шаповалов AC К вопросу о влиянии пространственного заряда частиц на их фокусировку и дисперсию по энергии в поле плоского конденсатора // ЖТФ —1965 — т 35, №6 — С 1053— 1062

62. Simpson J A High resolution low energy electron spectrometer // Rev Sci Instrum —1964 — v 35, №12-P 1698-1704

63. Kuyatt CE, Simpson J A Electron monochromator design // RevSci Instrum—1967 — v 38, №1 P 103-111

64. Гамаюнов Ю Г, Козлов ИГ Дисперсионные и фосусирующие свойства поля конденсатора Юза-Рожанского с учетом пространственного заряда исследуемых частиц // ЖТФ —1968 -т 38, №3-С 531-538

65. Francois R, Barat M Pouvoir de résolution theonque d'un analyseur électrostatique cylindrique à 127° utilisé comme monochromateur pour ions lents (10 100 eV) influence de la charge d'espace//С R Acad Se Paris-1968-t 266, Série B, 13 mai-P 1306-1308

66. Green TS Space charge effects in plasma particle analyzers // Plasma Phys —1970 — т 12, №6 — P 877-883

67. Bader H, Rohr К, Weber H Space charge effects in electrostatic ion analysers for laser produced plasma detection//J Phys D -1980 -v 13, №2-P L149-L151

68. Leisenfelder HJ, Hickok R L, Resnick JH et al Electrostatic energy analyzer for multi-MeV heavy ion beam probes//Rev Sci Instrum -1992 -v 63, №10-P 4579-4581

69. Vilppola JH, Keisala JT, Tanskanen PJ etal Optimization of hemispherical electrostatic analyzer manufacturing with respect to resolution requirements // RevSci Instrum —1993 — v 64, №8-P 2190-2194

70. Nishimura T, Ikeda A , Kido Y A new toroidal electrostatic analyzer and application to surface analysis // RevSci Instrum -1998 v. 69, №4 - P 1671-1675

71. Goto T, Ishu К, Katsuki Y et al New type of compact electrostatic energy analyzer adequate to measurement of charge exchange neutral particles with a low counting yield // RevSci Instrum -1999 -v 70, №1-P 845-848

72. Зинченко H С Лекции по электронной оптике Харьков ХГУ, 1958 - 274 с

73. Молоковский СИ, Сушков АД Интенсивные электронные и ионные пучки Ленинград Энергия, 1972 - 271 с

74. Димитров С К Генерация и торможение пучков заряженных частиц М МИФИ, 1990 -80 с

75. Write MJ, Rosenberg R А , Gabor G et al Time-of-flight photoelectron spectroscopy of gases usmg synchrotron radiation//Rev Sci Instrum —1979 — v 50, №10 —P 1268-1273

76. Electron Tube Lim, UK Technical Report R/P069

77. Khomenko S V, Makarov К N, Roerich VC, Satov Yu A , Stepanov A E Master-oscillator-Power Amplifier laser system for laser ion source — Troitsk, CNIIATOMINFORM, 1998 — 32p (Preprint TRINITI №0045-A)

78. Макаров KH, Нищук С Г, Рерих В К и др Формирование импульсов СОг лазера в трехпроходовом телескопическом усилителе с применением насыщающихся поглощающих фильтров -Троицк, ЦНИИАТОМИНФОРМ, 2000 48с (Препринт ТРИНИТИ №0069-А)

79. Макаров КН, Малюта ДД, Нищук С Г и dp Исследование динамики распространения импульсов С02 лазера в цепочке нелинейных поглощающих и усиливающих сред// Квант электрон 2001 -т 31, №1 - С 23-29

80. Крюков П Г, Летохов В С Распространение импульса света в резонансно усиливающейпоглощающей) среде // УФН 1969. - Т 99, №2 - С 169-227

81. Басов Н Г, Амбарцумян РВ, Зуев В С ,идр Нелинейное усиление импульса света //ЖЭТФ 1966 -т 50, №1 - С 23-34

82. Макаров КН, Рерих В К, Сатов ЮА , Смаковский ЮБ, Степанов АЕ, Хоменко С В Импульсная генерация TEA СОг-лазера в условиях развития оптической неоднородности активной среды при высоких удельных энергиях накачки// Квант электр— 2000—т 30, №4-С 305-309

83. Linlor WI Ion enegies produced by laser giant pulse // Appl Phys Lett-1963-v 3-11 -p 210-212

84. Быковский Ю A, Дорофеев В И, Дымович В И и dp Исследование ионов, образующихся при взаимодействии излучения лазера с веществом, с помощью масс-спектрометра // ЖТФ -1963-Т 37-7-С 1194-1196

85. Ананьин О Б, Быковский Ю А , Дегтяренко Н Н, и dp Об осуществлении ускорения ионов лазерной плазмы на форинжекторе линейного ускорителя синхрофазотрона ОИЯИ // Письма в ЖЭТФ -1972 -Т 16-10-С 543-548

86. Ананьин ОБ, Балдин А М, Безногих Ю Д, и dp Об осуществлении ускорения ионов лазерной плазмы на форинжекторе линейного ускорителя синхрофазотрона ОИЯИ // Письма в ЖЭТФ-1974-Т 19-1-С 19-23

87. Beznogikh Yu D, Govorov AI, Zinovev LP, и dp Acceleration of lithium, carbon and magnesium nuclei in JINR synchrophasotron from CO2 laser ion source-Дубна, 1984-30 с (Препринт ОИЯИ JINR-P9-84-246)

88. Monchinsky VА , Kalagin I V and Govorov A I Laser ion source of Synchrophasotron and Nuclotron ш Dubna // Laser and Particle Beams -1996 v 14-3 -p 439-444

89. Kalagin I V, Monchinsky VA , Sahmov E К The pulse CO2 laser for laser ion source-Дубна, 1992-7 с (Препринт ОИЯИ JINR-P9-92-37)

90. Аполлонов ВВ, Быковский ЮА, Дегтяренко НН, и dp Образование многозарядных ионов при взаимодействии мощного лазерного импульса с твердым телом // Письма в ЖЭТФ-1970-Т 11-8-С 377-381

91. Быковский Ю А , Сильное С М, Шарков Б Ю и dp Влияние начального размера лазерной плазмы на процессы ионизации и рекомбинации // Физика плазмы — 1976— т 2, №2 — С 248-253

92. Berezovskii VV, Bykovsku Yu А , Sil'nov SM, et al Ion composition in the plasma produced by a C02 laser // Письма в ЖТФ -1977 -T 3 -4 -С 126-127

93. Bykovsku YuA , Sil'nov SM, Sharkov BYu, et al Laser-produced plasma of two-component mixtures // Физика плазмы -1977 -v. 3 -5 -p 639-641

94. Быковский Ю А, Козырев Ю П, Суслов А И и dp Эмиссия многозарядных ионов из плазмы, образованной излучением С02 лазера // Письма в ЖТФ — 1979 —т 5, №1 — С 4650

95. Быковский Ю А, Пагода В Б, Шерозия Г А Получение тяжелых ионов с Z > 20 // Письма в ЖЭТФ 1979 -т 30, №8 - С 489-491

96. Ананьин О Б, Быковский Ю А , Гусев В П и др Исследование лазерной плазмы с целью разработки источника многозарядных ионов для циклотронов в области легких элементов Li, Be, С // Журн тех физ 1983 -т 53, №1 - С 94-99

97. Ананьин О Б, Быковский Ю А , Гикал Б Н и др Осуществление ускорения С^ из лазерной плазмы на циклотроне // Письма в ЖТФ 1983 -т 9, №5 - С 261-263

98. Быковский Ю А, Козырев Ю П, Колесов И В и др Физические особенности использования лазерной плазмы в качестве источника многозарядных ионов для циклотронов // Физика плазмы- 1987-т 13, №10-С 1240-1243

99. Golubev А А , Latyshev S. V, Sharkov В Yu Formation of charge aqd energy spectra of multiply charged ions in an expanding laser plasma // Sov J Quantum Electron, v 14, p 1242 (1984)

100. Sharkov В Yu and Heinrich Hora Laser-ion sources // Laser and Particle Beams -1996 -v 14-3-p 275-278

101. Roudskoy I V General features of highly charged ion generation in laser-produced plasmas // Laser and Particle Beams -1996 -v 14 -3 -p 369-371

102. Balabaev A , Balanutsa V, Kondrashev S, et al, Development and operation of laser source of highly charged ions for ITEP TeraWatt accumulator facility // Rev Sci lnstr-2002 -73 -2 -p 773-775

103. Korschinek G, Sellmair J Acceleration of laser-produced ions m a small Van de Graaff //Rev Sci Instrum -1986-v 57-p 745-747

104. Mroz W, Wolowski J, Woryna E, et al Laser plasma as a source of highly ionized ions // Rev Sci Instrum-1994-v 65^1-p 1272-1274

105. Mryz W, Parys P, Woowski J, et al Au49+, Pb50+, and Ta48+ ions from laser-produced plasmas // Appl Phys Lett-1996-v 69-11-p 1547-1549

106. Rohlena К, Kralikova В, Krasa J, et al Ion production by lasers using high-power densities in a near infrared region // Laser and Particle Beams -1996 -v 14-3 -p 335-338

107. Laska L, Krasa J, Maek K, et al Multiply charged ion generation from NIR and visible laser-produced plasma//Rev Sci Instrum-1996-v 67-3-p 950-952

108. Masek K, Krasa J, Laska L, et al Laser plasma as an effective ion source // Proceedings of High-Power Laser Ablation, Claude R Phipps, Ed Proc SPIE-1998-v 3343 -p 254-264

109. Mryz W, Laska L , Krasa J, etal Observation of different Та and Pt ion groups produced by laser radiation with the intensities of IX2 ~ Wl5W/( m2im2 //Rev Sci Instrum-1998 -v 69-3-p 1349-1352

110. Laska L, Krasa J, Маек К, et al Multiply charged ions of heavy elements produced by an iodine laser with subnanosecond pulses // Rev Sci Instrum-1998 v 69-2-p 1072-1074

111. Krasa J, Laska L, Rohlena , et al The effect of laser-produced plasma expansion on the ion population//Appl Phys Lett-1999 -v 75-17 -p 2539-2541

112. Laska L, Krasa J, Маек K, etal Properties of iodine laser-produced stream of multiply charged heavy ions of different elements//Rev Sci Instrum-2000 v 71-2-p 927-930

113. Sherwood TR Laser ion sources for highly charged ions I I Rev Sci Instrum -1992 v 63 -№4 -p 2789-2793

114. Haseroth H, Kugler H, Langbein K., et al Laser ion source development for heavy ions // XVIII International Linac Conference, LINAC 96, Geneva, Switzerland, 26-30 August 1996

115. Collier J, Hall G, Haseroth H et al The CERN laser-ion source // Laser and Particle Beams -1996-v 14-3 -p 283

116. Haseroth H, Kugler H, Langbein К, et al Developments at the CERN laser ion source // Rev Sci Instrum- 1998-v 69-2-p 1051-1053

117. Sharkov В, Kondrashev S, Roudskoy I, et al Laser ion source for heavy ion synchrotrons invited paper//Rev Sci Instrum-1998-v 69-2-p 1035-1044

118. Fournier P, Gregoire G Haseroth H, et al Status of the C02 laser ion source at CERN // Rev Sci Instrum-2000-v 71-1-2-p 924-926

119. Fournier P, Haseroth H, Kugler H, et al Novel laser ion sources // Rev Sci Instrum -2000 -v 71 —p 1405-1408

120. Степанов AE, Рерих В К Макаров KM и dp Угловые зависимости параметров ионной компоненты плазмы, получаемой при облучении С02-лазером мишеней из легких и тяжелых элементов ЦНИИатоминформ М , 2002 - 28 с (Препринт ТРИНИТИ №0086-А)

121. Stepanov AE, SatovYu А , Makarov К N, etal Study of angular dependences of ion component parameters in C02 laser-produced plasma // Plasma Phys Control Fusion 2003 - v 45 -p 1261-1281

122. Roerich VC and Stepanov A E Code package GIDRA-2 for simulation of hydrodynamics and population kinetics of nonequilibnum plasma (2D model)—Troitsk,CNIIAtomlnform, 1994 — 44p ( Preprint TRINITI №0003-A).

123. Быковский Ю A, Дегтяренко H H, Елесин В Ф, и dp Масс-спектрометрическое исследование лазерной плазмы // ЖЭТФ -1971 -Т 60 С 1306-1319

124. Быковский Ю А, Козырев Ю П, Сильное С М, Шарков Б Ю Пространственная структура разлета лазерной плазмы, состоящей из ионов и ядер алюминия // Квант электр— 1974 — Т 1-3-С 709-711

125. Gupta PD, Tsui YY, Popil R, et al Ion expansion characteristics from a KrF-laser-produced plasma //Phys Rev A- 1986-v 33-5-p 3531-3534

126. Gupta PD, Tsui YY, Popil R, et al Experimental study of KrF-laser-high-Z-plasma interaction dominated by radiation transport//Phys Rev A— 1986 —v 34-5-p 4103-4109

127. Rupp A, Rohr К Energy efficiency of laser produced C- and T-ion sources // J Phys D Appl Phys 1991 - v 24 -12 -p 2229-2231

128. Thum A , Rupp A , Rohr К Two-component structure in the angular emission of a laser-produced Та plasma //J Phys D Appl Phys-1994-v 27-8-p 1791-1794

129. Buttini E, Thum-Jager A , Rohr К The mass dependence of the jet formation in laser-produced particle beams//J Phys D Appl Phys-1998-v 31 -17 -p 2165-2169

130. Thum-Jager A, Rohr К Angular emission distributions of neutrals and ions in laser ablated particle beams//J Phys D Appl Phys-1999-v 32 -21 -p 2827-2831

131. Design study of the Large Hadron Collider (LHC) -Geneva, CERN, 1991 48p(CERN Report №91-03)

132. Humphries S, Burkhart C, Coffey S et al Grid-controlled extraction of pulsed ion beams //J Appl Phys 1986 -v 59, №6 - P. 1790-1798

133. Yoshida M, Hasegawa J Fukata S et al Development of a high-current laser ion source for induction accelerators // Rev Sci Instr -2000 -v 71, №2 P 1216-1218

134. Hasegawa J, Yoshida M Oguri Y et al High-current laser ion source for induction accelerators // Nucl Instr Methods В — 2000 —v 161-163, №3 P 1104-1107

135. Ogawa M, Yoshida M, Nakajima M et al High-current laser ion source based on a low-power laser // Laser and Particle Beams 2003 -v 21, №4 - P 633-638

136. Yoshiyuki О, Ken-Ichi К, Jun-Ichi К et al Extraction of high-intensity ion beams from a laser plasma by a pulsed spherical diode // Phys Rev ST 2005 -v 8, №6 - id 060401

137. Маренный A M Диэлектрические трековые детекторы в радиационно-физическом и радиобиологическом эексперименте -М Энергоатомиздат 1987 - 184 с

138. Ю А Сатов, Ю Б Смаковский, К.Н Макаров "Устройство и способ для формирования пучков многозарядных ионов" Патент на изобретение № 2191441, опубликован 20 10 02, Бюллетень №29

139. Kondrashev S, Mescheryakov N, Sharkov В, et al Production of Me-like light and medium mass ions in laser ion source// Rev Sci Instrums -2000 -v 71-3 -p 1409-1412

140. Сатов Ю A , К H Макаров, Степанов A E и dp Источник многозарядных ионов тяжелых и легких элементов на основе С02-лазера ЦНИИатоминформ M , 2004 - 50 с (Препринт ТРИНИТИ 0112-А)

141. Сатов Ю A , Макаров KH, МалютаДД, и dp Нагрев плазмы импульсами СО2-лазера для эффективной генерации многозарядных ионов// IV Харитоновские тематические научные чтения Тезисы докладов -Саров 18-21 февраля 2002

142. Сатов Ю А , Макаров КН, Малюта ДД Plasma heating by CCb-laser pulses for efficient multy-charged ion generation// ECLIM 2002 Proceedings of XXVII European Conference on Laser Interaction with Matter Moscow, Russia -7-8 October 2002

143. Макаров KH, Сатов Ю A , Рерих В К и dp Генерация многозарядных ионов при нагреве плазмы импульсами С02 лазера с плотностью мощности 4 1013 Вт/см2 // Труды XXX Звенигородской Конференции по физике плазмы и УТС 24-28 февраля 2003

144. Khomenko S V, Makarov KN Nishchuk S G et al Feasibility study of Pb4+ (80-100 ¡is, 20 mA) pulsed ion beam generation in laser ion source—Троицк, ЦНИИАТОМИНФОРМ, 2001 — 48c ( Препринт ТРИНИТИ №0079-A)

145. Kondrashev SA , Mescheryakov N D., Sharkov В Yu, et al Generation of intense beam of Pb4+-Pb10+ ions in a laser ion source// Rev Sci Instrum 2002 -v 73 -№2 -p 1245-1249

146. Dubenkov VP, Sharkov В Yu Golubev A A, et al Acceleration of Talf)+ 10ns produced by laser ion source in RFQ "MAXILAC" -Postfach 110552, D-64220, Darmstadt, Germany, 1995 -13 p -(Preprint GSI №95-02)

147. Dubenkov VP, Sharkov В Yu, Golubev A A , et al Acceleration of Ta1H+ ions produced by laser ion source m RFQ "MAXILAC"// Laser and Particle Beams -1996 v -14 -№3 - p 385-391

148. Collier J, Hall G, Haseroth H, et al Laser Ion Source Development at CERN // Rev Sci Instrum 1996 -v 67 -№3 -p 1337-1339

149. Stepanov A E, Volkov G S, Zaitsev V.I et al Measurement of temperature evolution for the laser ion source plasma// Laser and Particle Beams — 2002 —v 20 — P 613-615

150. Степанов A E, Волков ГС, Зайцев В И и dp Измерение температурной динамики плазмы многозарядных ионов, создаваемой импульсами СОг-лазера// Письма ЖТФ — 2003 —т 29, №5-С 36-41

151. Tsui YY, Fedosejevs R Offenberger А A , et al Numerical simulations of charge state distribution from a KrF laser-produced plasma// Phys Fluids В -1993 v 5-11 -p 4115-4122

152. Satov Yu, Sharkov В, Haseroth H, et al High power C02 laser system with repetition rate operation for high current multicharged heavy ion generation // J of Russian Laser Research -2004-v 25, №3 -p 205-216

153. Balabaev A , Kondrashev S, Konukov К et al Laser ion source based on a 100 J/1 Hz C02-laser system//Rev Scilnstr-2004-v 75, №5-P 1572-1574

154. Satov Yu, Sharkov В, Smakovski Yu, et al The "SKATE" C02 gigawatt laser for a laser-plasma generator of ions and nuclei // J of Russian Laser Research -2004 -v 25 -№6 p 524-534

155. Sharkov В Yu, Koshkarev D G, Churazov MD, et al, Heavy-ion fusion activities at ITEP // Nucl Instr& Meth A- 1998 -415 -1-2- p 20-26

156. Kondrashev S, Balabaev A , Balanutsa V, et al Laser source of highly charged ions for ITEP TeraWatt accumulator facility //Proceedings of 7Lh European Particle Accelerator Conference EPAC 2000 Тез докл -Vienna, Austria, 26-30 June 2000, p 551-553