Х-пинч, экспериментальные исследования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.08, доктор физико-математических наук Пикуз, Сергей Александрович

• Пикуз, Сергей Александрович
• доктор физико-математических наук
• 2007

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Пикуз, Сергей Александрович

Введение

Глава 1. Постановка эксперимента

1.1. Схемы X пинчей.

1.2. Генераторы сильноточных электрических разрядов, использованные в экспериментах.

1.3. Средства диагностики

1.3.1. Электрические измерения.

1.3.2. Измерения в оптическом диапазоне, лазерное зондирование

1.3.3. Рентгеновские измерения.

Глава 2. Методы исследований в рентгеновском диапазоне

2.1. Спектральное разложение рентгеновского излучения.

2.1.1. Кристаллические спектрографы

2.1.2. Спектрографы с пропускающими решетками

2.1.3. Спектрографы со скрещенной дисперсией. 29 2.2 Методы получения рентгеновских изображений.

2.2.1. Пассивные методы (регистрация собственного излучения).

2.2.2. Рентгеновские спектрографы с пространственным разрешением.

2.2.3. Активные методы (рентгеновская радиография). 40 2.3. Регистрация рентгеновского излучения с временным разрешением.

2.3.1 Измерения с помощью рентгеновских фотодиодов.

2.3.2. Измерения с помощью рентгеновского электронно-оптического преобразователя со щелевой разверткой (стрик-камеры).

2.3.3. Измерения жесткого рентгеновского излучения.

Глава 3. Структура и динамика X пинча.

3.1 Результаты первых исследований, основные характеристики X пинча. 51 3.2. Развитие диагностических методик. Рентгеновская радиография X пинча.

3.3 Обобщенный сценарий процессов в X пинче. 66 3.3.1 Начальная стадия формирования нагрузки

X пинча в сильноточном диоде

3.3.2. Процессы формирования перетяжки X пинча

3.3.3 Динамика перетяжки. Каскадирование. 71 3.3.4. Формирование и локализация горячей точки. Радиационный взрыв. 73 3.3.5 Разрыв перетяжки, образование минидиода и генерация пучков.

3.4. Взаимодействие X пинчей. Многократные и многопроволочные X пинчи.

3.5. Особенности Х-пинчей из различных материалов.

Глава 4. Горячая точка Х-пинча, ее структура и пространственные характеристики.

4.1. Результаты, полученные с помощью камер-обскур.

4.2. Результаты, полученные с помощью щелевой камеры со ступенчатым ослабителем (ЩСО).

4.3. Результаты, полученные с помощью пропускающих решеток.

4.4. Результаты, полученные с помощью Брэгг-Френелевской линзы (БФЛ).

4.5. Результаты, полученные с помощью преломляющей капиллярно-пузырьковой рентгеновской линзы (ПКП).

4.6. Результаты, полученные с помощью рентгенографии.

4.7. Результаты, полученные из анализа изображений с учетом волновых свойств рентгеновского излучения.

Глава 5. Временные характеристики рентгеновского излучения и динамика горячей точки Х-пинча.

5.1. Измерения временных характеристик рентгеновского излучения с помощью фотодиодов.

5.2. Измерения временных характеристик рентгеновского излучения с помощью стрик-камеры.

5.3. Пространственно-временные характеристики горячей точки.

Глава 6. Спектральные характеристики X пинча. 152 6.1. Времяинтегральпые спектры Х-пинча.

6.1.1. Некоторые основные соотношения.

6.1.2. Экспериментальные результаты.

6.2. Временные характеристики спектров X пинча.

6.2.1. Постановка эксперимента.

6.2.2. Экспериментальные результаты.

Глава 7. Параметры плазмы в горячей точке.

7.1. Определение параметров плазмы по К-спектрам Ti.

7.2. Определение параметров плазмы по L-спектрам Мо.

7.3. Предельные параметры горячей точки. Моделирование. 200 Заключение 210 Литература 213 Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Х-пинч, экспериментальные исследования»

Быстрый Z-пинч как объект научного исследования привлек к себе пристальное внимание в начале 70-х годов. Это было связано с появлением в экспериментальной физике мощных наносекундных генераторов тока, предназначенных для получения сильноточных электронных пучков в простой диодной схеме с взрывоэмиссионным катодом [1].

Идея использования таких генераторов с нагрузкой диода в виде тонкого проводника привела к созданию нового класса источников плотной высокотемпературной плазмы (Под таким термином обычно имеется в виду плазма с температурой большей, по крайней мере, 100 эВ и имеющей плотность большую чем 1017-И018 см'3). Сам по себе взрыв проволочек исследовался и до этого, правда с другими целями [1,2,3]. Однако, параметры имеющихся в то время установок не позволяли достигнуть указанного выше состояния вещества. Действительно, для достижения равновесия между давлением магнитного поля тока и гидродинамическим давлением плазмы необходимо выполнение условия Беннета [4]:

I2 = (8л/|ао) Nj кв То, где I - ток пинча, Nj - число ионов на единицу длины, кв - постоянная Больцмана, и То - температура плазмы.

При низких значениях начальной плотности плазмы, как это было на заре термоядерных исследований [5], это условие легко выполнялось и для микросекундных генераторов тока, однако возникновение и рост плазменных неустойчивостей не позволили использовать простую идею генерации горячей плазмы с помощью сжатия ее магнитным полем (Z-пинчи) для осуществления термоядерного синтеза.

Взрывающаяся проволочка создает первоначально очень плотную нагрузку и разлет вещества не может быть остановлен магнитным полем медленно нарастающего тока. Именно поэтому только наносекундные (t < 1 мкс) генераторы с амплитудой тока большей 100 кА позволили создать условия для генерации высокотемпературной плазмы [6,7]. Название плазменного источника «взрывающаяся проволочка» при этом сохранилось, что создает иногда некоторую путаницу в понятиях. Довольно быстро появились нагрузки, состоящие из нескольких параллельных проволочек [8,9], что существенно улучшало согласование низкоимпедансных генераторов с нагрузкой и увеличивало эффективность передачи энергии в плазму [10,11,12]. Коэффициент преобразования энергии «от розетки» в коротковолновое излучение при этом возрастал. Многопроволочная схема по своей идее близка к схемам создания нагрузки сильноточного диода при импульсном напуске газа [13,14], или при заполнении диода лазерной плазмой непосредственно перед электрическим разрядом [15, 16]. Вместе с тем, как показали последние исследования, имеются весьма существенные, даже кардинальные, различия между многопроволочными сборками и «непроволочными» методами создания нагрузок сильноточных диодов [17,18]. Необходимо отметить еще один интересный способ создания высокотемпературной плазмы в наносекундном разряде, а именно, в разряде через диэлектрический канал или капилляр [19], на основе которого удалось разработать малогабаритные источники ВУФ излучения, в том числе когерентного [20]. Следует также упомянуть два важных примера Z-пинчей, длительность электрического разряда в которых лежит в микросекундном диапазоне, и в которых, тем не менее, достигнуты высокие плазменные параметры (киловольтные температуры и плотности превышающие Ю20 см'3). Имеются в виду плазменного фокус, исследования которого активно ведутся по настоящее время [21,22], и вакуумную искру [23,24,25], в которых было обнаружено интересное и важное плазменное явление, именуемое «горячей точкой». Образование «горячей точки», несмотря на микросекундный разряд, связано с наносекундными процессами в плазме. Именно «горячей точке» и механизмам ее порождающим будет уделено существенное внимание в настоящей работе.

Резкий всплеск интереса к быстрым пинчам, наблюдаемый в последние 5 лет, в том числе возрождение интереса к взрыву одиночных проволочек, связан с грандиозными успехами экспериментов по сжатию сверхмощным импульсом тока цилиндрической нагрузки, состоящей из нескольких сотен тонких проводников [26,27]. В лаборатории Сандия (Sandia National Laboratories, Albuquerque, США) на установке Z (20 MA, 100 не) удалось получить импульсы рентгеновского излучения с рекордными параметрами (энергия излучения в диапазоне длин воли короче 12 А более 400 кДж, мощность излучения до 200 ТВт) с высокой эффективностью преобразования энергии электрического разряда.

В свою очередь возродился интерес к исследованиям взрыва одиночных проводников, в том числе при сравнительно небольших токах разряда (до 10 кА) в наносекундном диапазоне времени [28,29,30]. Связано это, прежде всего, с необходимостью получения достоверной информации о начальной стадии взрыва проволочек в многопроволочных нагрузках, начиная с «холодного старта», т.е. с момента начала прохождения тока через проволочку.

Настоящая работа посвящена исследованиям Х-пинча [31], являющегося разновидностью Z-пинча, но разновидностью настолько своеобразной, что он вполне заслуженно имеет собственное название, признанное в научном сообществе. Х-пипч представляет собой новое направление научных исследований, тесно связанных с другими исследованиями Z-пинчей, в том числе с исследованиями многопроволочных нагрузок, упомянутых выше. В работе изложены результаты многолетних экспериментальных исследований Х-пинча, проведеппые автором и его ближайшими коллегами под его руководством, начиная с момента предложения данной конфигурации нагрузки, и по настоящее время. Авторы других работ по Х-пинчу, а такие исследования сейчас ведутся в нескольких лабораториях мира, в значительной степени следовали нашим результатам, дополняя и уточняя последние. Поэтому, написание специальной обзорной главы не имело смысла, и результаты других авторов будут упомянуты по мере необходимости. Хорошие обзоры по исследованиям наносекундных Z-пинчей даны в работах [32,33,34]. Краткий обзор экспериментов по Х-пинчам, включая самые последние работы, сделан в статье [35], подготовленной к печати. Из этого обзора взята таблица, в которой перечислены установки, на которых велись и ведутся в настоящее время исследования связанные с Х-пинчами.

Таблица. Эксперименты по Х-пинчам а лабораториях мира.

Лаборатория, страна Установка Макс, ток кА Длит, имп. (фр*),нс Средн. dl/dt Тип генератора тока Ссылка

ФИАН, СССР Дон 150 80 5 Форм.лин. 1982 [31]

ФИАН, Россия БИН 270 150 3 Формлин. 1994 [36-38]

Cornell University, США LION 470 80 Форм.лин. 1989 [39,91]

Naval Res.Lab., США Gamble И 1000 100* 10 Форм.лин. 1991 [39]

Maxweel Lab. США Blsckjack-5 3500 150 20 Формлин. 1990 [40]

Cornell University, США XP 450 100 10 Форм.лин. 1999 [41-43]

Imperial College, Англия 320 1200 0.25 Конд.бат. 2000 [44]

Catholic University, Чили Gepopu 300 150 2 Форм.лин. 2000 [45]

Catholic University, Чили Lampudken 400 250 1.3 Форм.лин. 2002 [46]

Univ. of Nevada, США ZEBRA 1000 100 10 Форм.лин. 2003 [47-48]

Florida A&M Univ., США 500 1300 0.4 Конд.бат. 2003 [49]

ИСЭ COAH, Россия 300 500 0.6 Конд.бат 2003 [50]

ИСЭ COAH, Россия 120 250 1 ЛТД 2004 [51]

Imperial College, Англия 40 40 1 Форм.лин. 2003 [52]

Ecole Polytechnique, Франция 200 200 1 Конд.бат. 2004 [53]

Univ.Calif.San Diego, США 80 40 2 Форм.лин. 2005 [54]

Cornell University, США Cobra 1000 100 10 Форм.лин. 2005 [55]

Imperial College, Англия MAGPIE 250 250 1 Обр.токопр. 2001 [56]

ТРИНИТИ, Россия Ангара 5 300 100 4 Обр.токопр. 2002 [57]

Cornell University, США Cobra 250 100 2.5 Обр.токопр. 2005 [58]

Следует отметить, что на всех установках, па которых достигались высокие плазменные параметры, значения скорости нарастания тока на фронте импульса превышает величину 1 кА/нс. Это правило было установлено Т.А.Шелковепко на основе всех имеющихся в настоящее время экспериментальных данных.

Экспериментальные работы по быстрым Z-пинчам начались в Лаборатории Проблем Новых Ускорителей (ЛПНУ) Физического Института им. П.Н.Лебедева АН СССР в 1979 году, после перехода в нее из Отделения Квантовой Радиофизики ФИАН автора, где он занимался исследованиями рентгеновских спектров мпогозарядных ионов лазерной плазмы и защитил в данной области кандидатскую диссертацию [59]. В это время в ЛПНУ имелся низкоомный электронный ускоритель «Дон» (300 кВ, 150 кА, 80 не), параметры которого вообще говоря были далеки от установки Gamble-2 (1MB, IMA, фронт 100нс) [6,60], на которой к этому моменту была продемонстрирована возможность получения горячей плазмы при наносекундном взрыве металлических проводников и были зарегистрированы рентгеновские спектры многозарядньх ионов вплоть до Аи+52 [60]. Представлялось заманчивым попробовать получить аналогичные результаты при существенно более скромном уровне генератора, сохранив, однако, удельные параметры эксперимента. При поддержке руководства лаборатории (зав. лабораторией А.А.Коломенский и рук. группы С.М.Захарова) эксперименты по взрывающимся проволочкам на ускорителе «Дон» были поставлены,

Опыт в исследованиях спектров мпогозарядных ионов, приобретенный за время работы в КРФ позволил достаточно быстро продемонстрировать возможность использования установок класса «Дон» для создания горячей плазмы взрывающихся проволочек [7, 61], и эксперименты по быстрым Z-пинчам стали неотъемлемой частью работ лаборатории. Практически одновременно аналогичные работы начались в Институте Сильноточной Электроники СО АН СССР [62], а несколько позднее в Институте Атомной Энергии им Курчатова [63].

Все эксперименты по взрывающимся проволочкам велись в это время либо с одиночными проволочками из различных материалов, либо с нагрузками из небольшого числа параллельных проволочек, расположенных по образующей цилиндра в диодном промежутке. Процессы в диоде в этих двух случаях оказались совершенно не похожими друг на друга. Разница между одиночной проволочкой и многопроволочной нагрузкой определяется не только разными условиями согласования генератора тока с нагрузкой, как казалось вначале, но и абсолютно разной динамикой всего процесса в диоде, что стало ясно значительно позже.

В 1979 году в ЛПНУ находился с визитом в рамках межакадемического сотрудничества и научного обмена в области генерации электронных пучков сотрудник Института Физики Плазмы Чехословацкой Академии Наук И.Улшмит. Во время этого визита, в ходе обсуждений экспериментов по взрывающимся проволочкам на установке «Дон» и различных путей улучшения согласования генератора с нагрузкой была предложена нецилиндрическая конфигурация нагрузки, наиболее простым способом реализации которой показалось простое перекрещивание проводников в диоде.

Именно этой конфигурации авторами было дано очевидное название Х-пинч [31]. Конфигурация перекрещенных проволочек в качестве нагрузки была немедленно проверена в эксперименте. Уже в первых опытах Х-пиич показал ряд преимуществ перед одиночными и цилиндрическими мпогопроволочными нагрузками. Наиболее очевидным преимуществом X-пинча является жесткая привязка области образования горячей плазмы к перекрестию проволочек. Исследование всего комплекса особенностей Х-пинча является одним из основных предметов настоящей работы.

На установке «Дон» были выполнены эксперименты по быстрому Z-пинчу и с другими типами нагрузок в сильноточном диоде. В частности была реализована оригинальная схема пинчевапия плазмы, создаваемой в диоде излучением мощного лазера [15,16]., а также впервые осуществлена схема сильноточного разряда через диэлектрический капилляр [19], в которых также наблюдалась генерация высокотемпературной плазмы. Последняя схема сейчас широко исследуется в связи с проблемой создания лазеров ВУФ диапазона [20].

Тем не менее, именно Х-пинч показался наиболее интересным объектом исследований, что и подтвердил дальнейший ход событий. Результаты работ по взрывающимся проволочкам [64-66], а также данные первых экспериментов с Х-пипчами, выполненных на установке «Дон» приведены в кандидатской диссертации А.И.Самохина [67] (научные руководители А.А.Коломенский и С.М.Захаров).

Для проведения экспериментов по быстрому Z-пинчу и, главным образом, для исследований Х-пинча в лаборатории ПНУ была образована экспериментальная группа под руководством автора настоящей работы. Была также спроектирована (главный автор проекта Б.Н.Яблоков) специализированная установка БИН (Быстрый Импульсный Накопитель) с параметрами, обеспечивающими лучшее согласование с плазменной нагрузкой, и предназначенная для работы в токовом режиме, т.е. режиме близком к короткому замыканию. Для этого она была сделана с возможно низким импедансом формирующей линии (Z = 1 Ом) и вакуумной камерой, позволяющей вести специфические плазменные эксперименты. В ходе работ установка подверглась ряду серьёзных модификаций, что существенно повысило надежность ее работы.

Результаты экспериментов на установках Дон и БИН позволили установить значительное число основных закономерностей Х-пинча, исследовать его макроскопическую структуру, измерить ряд его физических параметров. Результаты работ на установке БИН [36,37,68-84] легли в основу кандидатской диссертации В.М.Романовой [85] (Научный руководитель С.А.Пикуз). Можно также упомянуть ряд работ выполненных совместно с Институтом Физики Плазмы и Лазерного Микросинтеза (Варшава, Польша) [87-88] и совместно Ecole Polytechnique (Палезо, Франция) [89,90], результаты которых были также полезны для понимания физики Z-пинчей.

Независимо от наших работ, несколько позже, к концепции Х-пинча пришли сотрудники Лаборатории Плазменных Исследований в Корнельском Университете в США под руководством Д.А.Хаммера (D.A.Hammer) [39,91-93]. Результаты исследований пересекались во многих аспектах, поэтому образование коллаборации по исследованию X-пипча было вполне естественным.

Здесь следует учесть особенности системы образования и системы научных исследований в университетах США. Обычно, работа по некоторой теме, которая может быть достаточно самостоятельной и замкнутой, ведется аспирантом в пределах возможностей финансирования по гранту, полученному лабораторией для выполнения данной работы. При условии получения результатов, удовлетворяющих соответствующим требованиям (которые, как правило, ниже требований, принятых в нашей стране для кандидатских диссертаций) защищается диссертация доктора философии (PhD) , и работа считается завершенной.

Дальнейшая судьба исследований, включая даже физическое существование экспериментальных установок, целиком и полностью зависит от активности руководства лаборатории. Именно такая ситуация сложилась и в Корнельском университете. Начало нашего сотрудничества почти совпало с завершением диссертационной работы Д.Калантара (D.Kalantar), которую он с успехом защитил в 1993 году [94]. В результате в лаборатории осталась действующая установка ХР с неплохим комплексом измерительной аппаратуры и множество интересных нерешенных физических задач. Тогда Д.А.Хаммер обратился к нам с предложением о проведении экспериментов на установке ХР, в пределах тех весьма ограниченных финансовых возможностей, которыми он тогда обладал. Предполагались краткосрочные визиты наших сотрудников в Корнельский университет и их работа на установке ХР. Учитывая известное положение с финансированием науки у нас в стране в 1990-х годах, мы дали на это согласие, имея также в виду возможность получения нового опыта работы на современной научной аппаратуре, в частности на аппаратуре с высоким временным разрешением.

Таким образом сложилась ситуация, когда программа работ на установке ХР в Корнельском университете практически полностью определялась нашим участием.

В дальнейшем, в связи с развитием работ по генерации рентгеновского излучения на установках Сатурн и Z в Национальной Лаборатории Сандия (SNL) США, возникла острая потребность в новых физических данных о наносекундном взрыве проволочек. Часть этой работы была передана Корпельскому Университету, с которым у SNL были давние научные связи. При этом большую роль сыграло наличие в Корнельском Университете работающей установки, которая могла быть использована для получения необходимых данных, и квалифицированных сотрудников, имеющих опыт работы на этой установке, т.е сотрудников ФИАН. В результате, в последние годы, под фактическим научным руководством автора настоящей работы, в Корнельском университете был выполнен большой цикл экспериментальных работ, как по физике взрывающихся проволочек, так и по физике Х-пинча с использованием высококлассного научного оборудования. Результаты этих исследований многократно докладывались на основных научных конференциях по соответствующей тематике и опубликованы в ведущих научных журналах, как результаты совместных работ ФИАН и Корнельского Университета [28,95-170]. Часть этих работ была, касающихся непосредственно Х-пинча была использована в настоящей диссертации.

Ряд экспериментов, связанных с исследованиями многопроволочных нагрузок, в том числе и с использованием Х-пинча как диагностического инструмента, был выполнен в Imperial College (Лондон, Англия) на установке MAGPIE [56,171-178].

В последнее время, несмотря на очень ограниченные финансовые возможности, удалось восстановить практически в полном объеме исследования в ЛПНУ ФИАН [30, 167,179-185].

Общая характеристика работы.

Диссертация посвящена исследованиям Х-пинча, представляющего настолько своеобразную разновидность Z-пинча, что он вполне заслуженно имеет собственное название, признанное и применяемое международным научным сообществом. Х-пинч как новое направление научных исследований тесно связан с исследованиями быстрых Z-пипчей, в том числе, и Z-пипчей, основанных на многопроволочных сборках. Свое название Х-пинч получил в 1982 г., когда в ходе обсуждений экспериментов по взрывающимся проволочкам и различных путей улучшения согласования генератора с нагрузкой была предложена нецилипдрическая конфигурация нагрузки. Простейшая геометрически и легко реализуемая на практике конфигурация нагрузки представляет собой две проволочки, перекрещенные в виде буквы X внутри диода - оконечного устройства мощного папосекундного генератора тока. Конфигурация перекрещенных проволочек в качестве нагрузки была немедленно проверена в эксперименте. Уже в первых опытах Х-пинч показал ряд преимуществ перед одиночными и цилиндрическими многопроволочными нагрузками, наиболее явным из которых оказалась жесткая привязка области образования горячей плазмы к перекрестию проволочек. В диссертации изложены результаты многолетних экспериментальных исследований всего комплекса особенностей Х-пинча, проведенные автором и под его руководством, начиная с момента предложения данной конфигурации нагрузки, и по настоящее время.

Актуальность проблемы. Интерес к высокотемпературной плазме, возникший в связи с проблемами управляемого термоядерного синтеза (УТС), в последние несколько десятилетий только возрастал, что было обусловлено не только фундаментальными проблемами астрофизики, физики экстремальных состояний вещества, но и возможностями создания на ее основе эффективных источников ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения с уникальными временными и яркостными характеристиками, а также электронных и ионных пучков для различных приложений. Подобные источники излучения необходимы как для певозмущающих методов исследования быстропротекающих физических процессов с высоким временным и пространственным разрешением, внутренней структуры биологических объектов, исследований взаимодействия мощных потоков излучения с веществом, так и для микро- и нанотехиологий.

Одним из наиболее простых способов получения высокотемпературной плазмы является сжатие вещества под действием магнитного поля протекающего через вещество тока (пинч-эффект), именно этот способ (а именно микросекундный Z-пинч) был использован в первых работах по УТС. Однако, непреодолимые трудности, связанные с развитием пеустойчивостей, привели к тому, что интерес к Z-пинчам упал. Прогресс в развитии мощной импульсной наносекундной техиики в 70-х годах прошлого столетия привел к новому

10 всплеску исследований Z-пинчей. При этом существенно изменились концепции, заложенные в эти исследования. В одних экспериментах, например в экспериментах с взрывающимися проволочками, именно развитие неустойчивостей и формирование перетяжек стало основным фактором формирования плотной плазмы с киловольтными температурами, В других экспериментах, в частности, в экспериментах с цилиндрическими проволочными лайнерами, изначально предполагалось, что основную долю энергии, вложенной в нагрузку, составляет кинетическая энергия сжимающейся оболочки, а преобразование кинетической энергии в тепловую происходит при столкновении вещества на оси. В плазменных лайнерах достигнут на сегодня рекордный для лабораторных источников выход мягкого рентгеновского излучения (более 200 ТВт и 2 МДж). При этом оказалось, что процессы в лайнерах не могут рассматриваться как простое сжатие плазменной оболочки, а имеют очень сложный характер. Кроме того, выяснилось, что механизм генерации рентгеновского излучения, и особенно излучения в более жесткой части спектра (Е > 1 кэВ), в значительной мере связано все же с развитием неустойчивостей и формированием локальных плотных высокотемпературных плазменных образований. Такие плазменные образования носят название горячих точек и наблюдались ранее в импульсных плазменных источниках, таких как низкоиндуктивная вакуумная искра, плазменный фокус, взрывающаяся проволочка. Горячие точки имеют стохастический характер, при этом процессы их формирования протекают в малой области пространства и в короткий промежуток времени, что сильно затрудняет их исследование. Именно поэтому, до проведения исследований, описываемых в настоящей работе, информация о динамике формирования и параметрах горячих точек была очень ограниченной или вообще отсутствовала. Не были известны пи реальные размеры, ни время существования, ни параметры плазмы горячей точки. Имеющиеся отрывочные данные, полученные, в основном на уровне оценок, не позволяли создать более ли менее адекватную модель процессов формирования горячей плазмы в Z-пинчах, но в то же время свидетельствовали о том, что параметры вещества в горячих точках экстремально высоки, а сами они имеют очень маленькие (микронного уровня) размеры и субнаносекундное время жизни.

В то же время, развитие работ по сжимающимся лайнерам потребовало создания новых экспериментальных методик для исследования процессов, протекающих в нагрузке при формировании плазмы и её нагреве. Методики должны были иметь очень высокое пространственное и временное разрешение и проникать в плотные области плазмы, недоступные для, например, хорошо известных методов лазерного зондирования. Эта задача могла быть решена путем использования в экспериментах рентгеновского зондирования исследуемых плазменных объектов, однако имеющиеся в наличии источники рентгеновского излучения не обладали необходимыми для этого параметрами. Кроме того, были совершенно недостаточно разработаны экспериментальные методы получения и регистрации изображений в мягком рентгеновском диапазоне.

Цель работы и задачи исследований. Детальное исследование физических процессов формирования плотной горячей плазмы (горячей точки) в перетяжке Z-пинча и создание па этой основе источника мягкого рентгеновского излучения с необходимыми параметрами. Поставленная задача была решена путем создания новой типа быстрого (наносекундного) Z-пинча, названного Х-пипчем и его всестороннего исследования. Х-пинч представляет собой взрыв тонких проводников или нитей скрещенных в сильноточном наносекундном вакуумном диоде.

Научная новизна работы заключается в том что:

1. Предложен и реализован в экспериментах новый тип Z-пипча, названный Х-пинчем.

2. Детально исследованы процессы в Х-пинче, приводящие к формированию в нем плотной горячей плазмы с экстремальными параметрами.

3. Исследованы процессы образования горячих точек и измерены их предельные параметры, при этом получены результаты, которые потребовали пересмотра самого понятия горячей точки.

4. Разработаны и применены в экспериментах новые оптические и рентгеноспектральные приборы для исследований высокотемперат7рпой плазмы.

5. Создан источник мягкого рентгеновского излучения с уникальными параметрами.

Научная и практическая значимость работы состоит в том, что:

Сформировано новое научное направление в исследованиях физики Z-пинчей и вещества в экстремальных состояниях. Термин Х-пинч стал общепризнанным в мировом научном сообществе, а сам Х-пинч исследуется и используется во многих лабораториях мира.

Полученные в проведенных исследованиях результаты привели к пересмотру или уточнению целого ряда представлений в физике взрывающихся проволочек, сжимающихся многопроволочных лайнеров и механизмов формирования плотной горячей плазмы в Z-пинчах.

Разработанные в работе научные приборы и экспериментальные методики используются в исследованиях высокотемпературной плазмы.

Разработаны физические основы источников мягкого рентгеновского излучения на основе Х-пинча для исследований в различных областях пауки.

Полученные экспериментальные данные дали существенный толчок развитию теории Z-пинчей и методов их моделирования.

Личный вклад автора. Автору принадлежит идея Х-пинча (в равной степени с его соавторами первой публикации на эту тему), а также определяющая роль в реализации этой идеи. Все результаты, представленные в диссертации получены автором лично или с его определяющим участием.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1.X-пинч является новым плазменным объектом, обладающим рядом существенных отличий от других типов Z-nничей.

2. В формировании Х-пинча важную роль играют начальные фазы взрыва проволочек, когда в результате с нагрева вещества и перехода его в гетерогенное состояние образуются плотные керны, являющиеся основным материалом, из которого под действием магнитного поля создается горячая плазма.

3. Перетяжка в Х-пинче, а, возможно и в любых z-пинчах, формируется не просто в результате развития сосисочной неустойчивости, а в результате сложного каскадного процесса, приводящего, в конечном счете, к образованию фрактально структурированной области плазмы и горячей точки с чрезвычайно малыми размерами и очень коротким временем жизни.

4. Параметры плазмы в Х-пипче достигают экстремальных состояний, а именно, электронных температур масштаба нескольких килоэлектронвольт и электронных плотностей, близких или даже превышающих плотность твёрдого тела, при этом плотность выделяемой энергии достигает 1022 Вт/см3.

5. Горячая точка имеет сложную пространственно-временную структуру и представляет собой меняющуюся во времени последовательность плазменных состояний с различными параметрами.

6. Рентгеновское излучение горячей точки имеет тепловой характер.

7. Х-пинч является уникальным источником мягкого рентгеновского излучения в диапазоне энергий квантов 3-5 кэВ с размерами излучающей области не превышающими одного микрона и длительностью импульса излучения меньше 5-10 пс.

Достоверность и обоснованность результатов, полученных в диссертационной работе, основана на комплексном подходе к исследованиям, использовании большого количества различных перекрестных и взаимно дополняющих методов диагностики и большой статистике измерений, набранной па нескольких экспериментальных установках, а также сравнением экспериментальных данных с результатами численного моделирования. Часть результатов подтверждена в более поздних работах других экспериментальных групп.

Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались и обсуждались на Международных конференциях по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу (Звенигород, 2000 - 2005),

Международных конференциях по физике плазмы (IEEE - ICOPS, Сан Диего, США, 1998, Монтеррей, США, 1999, Новый Орлеан США, 2000, Лас Вегас, США, 2001, Альберта, Канада, 2002, Джеджу Айлепд, Корея, 2003, Балтимор, США, 2004, Монтеррей, США, 2005, Трэверс Сити, США, 2006),

Международных конференциях по плотным Z - пинчам (Санта Барбара, США, 1989, Лондон, Великобритания, 1993, Ванкувер, Канада, 1997, Альбукерки, США, 2002, Оксфорд, Великобритания, 2005),

Международных симпозиумах Американского общества инженеров-оптиков (SPIE, Сан Диего, 1994,2001,2003,2004),

Международных конференциях по мощным импульсным пучкам заряженных частиц (BEAMS, Новосибирск, СССР, 1988, Прага, Чехия, 1998, Санкт Петербург, Россия, 2004),

Ежегодных собраниях Отделения физики плазмы Американского Физического общества (APS-DPP, Денвер, США, 1996, Питтсбург, США, 1997, Новый Орлеан, США, 1998, Сиэтл, США, 1999, Квебек, Канада, 2000, Лонг Бич, США 2001, Орландо, США, 2002, Альбукерки, США 2003, Саванна, США, 2004, Филадельфия, США 2006),

Международных конференциях по диагностике высокотемпературной плазмы (HTPD, Монтеррей, США, 1998, Принстон, США, 2000, Тусон США, 2002, Мэдисон, США, 2002, Сан Диего, США, 2004, Вильямсбург, США, 2006),

Международных конференциях по экстремальным состояниям вещества (Эльбрус, Россия, 2004,2005),

Всероссийском семинаре по Z - пинчам (Москва, 2006),

Рабочих совещаниях по физике многопроволочных Z - пинчей (Таос, США, 2000, Абингдон, Великобритания 2002, Питлохи, Великобритания, 2004, Финикс, США, 2006).

Результаты исследований изложены в 63 статьях, в том числе в 32 статьях в периодических изданиях, рекомендованных ВАК в 2006 году для публикации результатов докторских диссертаций и 50 докладах на Международных и Российских симпозиумах и конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, семи глав, Заключения и Приложений. Объем диссертации составляет 239 стр., включая 179 рисунков, 20 таблиц и список литературы из 253 наименований.

Заключение диссертации по теме «Физика плазмы», Пикуз, Сергей Александрович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В заключение коротко перечислим основные результаты проведенных исследований:

1. Предложен и экспериментально реализован новый источник высокотемпературной плазмы с контролируемыми экстремальными параметрами, названный Х-пинчем, причем само это название стало общепризнанным научным термином.

2. Создан комплекс измерительной аппаратуры с предельными параметрами, включающий в себя приборы, предложенные и разработанные автором: а. Оптический многокадровый регистратор на основе однокаскадных ЭОПов. б. Сдвиговый интерферометр на основе призменного делителя пучка. в. Камера-обскура высокого разрешения (5 мкм) для жесткого теплового рентгеновского излучения (Е > 2 кэв). г. Щелевая камера со ступенчатым фильтром. д. Рентгеновский фокусирующий спектрограф с пространственным разрешением на основе прямоугольного кристалла слюды изогнутого по сферической поверхности малого радиуса (R = 100-250 мм). е. Светосильный рентгеновский спектрограф с пространственным разрешением на основе цилиндрически изогнутого кристалла с нанесенной на его поверхность линейной френелевской линзой. ж. Рентгеновский спектрограф со скрещенной дисперсией. з. Рентгеновский спектрограф для жесткого излучения по схеме Лауэ для получения двумерных изображений плазменных объектов в спектральных линиях.

3. Разработаны новые диагностические схемы и методы, использованные для исследований Х-пиича, но имеющие и другие области применения. а. Схема исследования динамики образования перетяжки и определения положения горячей точки Х-пинча на основе рентгеновской радиографии. б. Схема исследования с пикосекундпым временным разрешением динамики излучающей области X пинча в зависимости от жесткости излучения на основе временных разверток с помощью стрик-камеры теневых изображений полупрозрачных объектов с большим увеличением. в. Бесщелевая схема регистрации рентгеновских спектров с пикосекундным временным разрешением на основе стрик-камеры и сферически изогнутого кристалла. г. Метод измерения электронной температуры плазмы, основанный на исследовании динамики возбуждения К- и Л- спектров многозарядных ионов. е. Метод измерения размеров горячей точки с субмикронным пространственным разрешением, основанный на анализе структуры изображений тест-объектов, связанной с волновыми свойствами рентгеновского излучения. ж. Метод монохроматического рентгеновского зондирования ярких плазменных объектов

3. Проведены всесторонние комплексные исследования структуры и динамики X пинча и процессов формирования горячей точки. Предложен обобщенный сценарий процессов в Х-пинче.

4. Измерены параметры горячей точки с пикосекундным временным разрешением и субмикронным пространственным разрешением.

5. Обнаружены новые физические явления в Х- пинчах. а. Образование в начальной фазе Х-пинча при взрыве проволочек стабильных плотных кернов с резкими границами и гетерогенной (паро-капельной или губчатой) структурой и их объединение в перекрестии. б. Каскадирование перетяжки Х-пинча, представляющее собой процесс последовательного воспроизведения во все более малом масштабе пространственной структуры перетяжки в процессе сжатия, что, в конечном счете, приводит к образованию горячей и плотной плазмы субмикронпых размеров с пикосекундных временем существования. в. Сложная пространственная структура светящейся области Х-пинча, состоящей из собственно горячей точки, имеющей в свою очередь сложную пространственную структуру, и плазмы, возбуждаемой электронным пучком. г. Сложная временная структура горячей точки, состоящая в основном из двух совершенно различных по параметрам стадий. На первой стадии плазма горячей точки имеет умеренную температуру (< 1 кэв) и экстремально высокую плотность, превышающую плотность твердого тела. Спектр излучения горячей точки близок к планковскому. На второй стадии плотность плазмы существенно ниже, а температура может превышать 2.5 кэв. В этой стадии наблюдается интенсивное линейчатое излучение многозарядных ионов. Таким образом, само понятие горячей точки потребовало существенного пересмотра. д. Радиационный взрыв горячей точки, непосредственное наблюдение которого в эксперименте можно интерпретировать как подтверждение существования «радиационного коллапса».

6. Показано, что излучение горячей точки имеет тепловой характер и связано с нагревом вещества при его сжатии магнитным полем и никоим образом не связано с генерацией электронных пучков и их взаимодействием с плазмой.

7. Показано, что по крайней мере до пространственных масштабов 0.5 - 1 мкм и временных масштабов 3-5 пс, явления в перетяжке X пинча неплохо соответствуют радиационной МГД модели.

8. Постоянное сопоставление экспериментально полученных данных с результатами теоретических расчетов позволило существенным образом продвинуть развитие МГД моделей и программ их описывающих.

Благодарности:

Работа выполнена в Лаборатории проблем новых ускорителей Физического института им. П.Н. Лебедева РАН в 1982 - 2006 гг. Автор будет всегда благодарен

A.А.Коломенскому, руководившему Лабораторией проблем новых ускорителей до 1986 года, научная прозорливость которого позволила начать наши исследования по, казалось бы, совершенно «непрофильной» для лаборатории теме, и С.М.Захарову, который предложил начать в лаборатории такие исследования и пригласил в участвовать в них автора настоящей работы. Автор выражает свою искреннюю признательность своим коллегам и соавторам Т.А.Шелковенко, В.М. Романовой, А.Р.Мингалееву, Г.В.Иваненкову,

B.Степневскому, С.Ю.Гуськову, А.И.Самохину за всё что они сделали, чтобы настоящая работа была успешной. Автор благодарен сотрудникам лаборатории ПНУ ФИАН А.Ш.Айрапетову, Г.А.Месхи, Б.Н.Яблокову, В.А.Пападичеву, П.С.Михалеву, Е.Г.Крастелеву за помощь в освоении новой для него экспериментальной техники, А.М.Майне, В.Т.Еремичеву, Ю.П.Кондратьеву Л.Н.Чекановой, А.Г.Мозговому за помощь в создании и обслуживании экспериментальных установок, А.В.Агафонову. В.С.Воронину,

A.Н.Лебедеву за полезные обсуждения и помощь в интерпретации полученных результатов, сотрудникам ВНИИФТРИ А.Я.Фаенову, Б.А.Брюнеткину, В.А.Дякину, И.Ю.Скобелеву, Т.А.Пикуз, за помощь в создании диагностических методик и рентгеноспектралыюй аппаратуры и участие в экспериментах. Особую признательность автор выражает профессору Корнельского университета (Итака, США) Д.Хаммеру, который организовал наше многолетнее и плодотворное сотрудничество и А.Н.Лебедеву, инициировавшему это сотрудничество, а также сотрудникам национальной лаборатории Сандия (Альбукерки, США) К.Матсену, Р.Спилмену и Д.Липеру за поддержку этого сотрудничества. Автор благодарен сотрудникам и аспирантам Лаборатории плазменных исследований Корнельского университета А.Даннингу, Т.Бланчарду, Я.С.Диманту, Д.Гринли, Д.Синарсу,

B.Сонгу, М.Митчелу, К.Чандлер за помощь в обеспечении экспериментов и участие в них. Автор благодарен В.П.Смирнову, Г.А.Месяцу, С.Недосееву, Е.Грабовскому, О.Н.Крохину, Г.В.Склизкову, А.В.Гуревичу за интерес к работе и полезные обсуждения, А.Б.Гильваргу, Е.В.Аглицкому, К.Н.Кошелеву, С.И.Федотову, Ю.А.Михайлову, А.Е.Тер-Оганесяну,

A.В.Виноградову. А.А.Петрову, С.И.Кузнецову, С.В.Лебедеву, С.Бланду, Д.Читтендену, М.Хайнсу, Д.Абдаллаху, Б.Кази, Д.Кьюти, Д.Калантару, В.Л.Канцыреву, А.С.Сафроновой,

C.Хансен, А.Г.Русских, Р.Б.Бакшт, А.И.Ерко, Л.Е.Аранчуку, Ю.И.Дудчику,

B.Е.Асадчикову, Ч.Гэри, А.Бартнику, Л.Карпински К.Яху за помощь в работе и плодотворные дискуссии.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Пикуз, Сергей Александрович, 2007 год

1. W.H. Bennett, "Magnetically self-focusing streams", Phys. Rev. 45, 890 (1934).

2. Л.А.Арцымович, «Управляемые термоядерные реакции», Гос. Изд. Физ.-мат. литературы, Москва, 1961.

3. D.Mosher, SJ.Stephanakis, I.M.Vitkovitsky, C.M.Dozier, L.S.Levino, D.J.Nagel, "X-radiation from High-Energydensity Exploded-Wire Discharge", Appl.Phys.Lett. 23,429, 1973.

4. С.М.Захаров, А.А.Коломенский, С.А.Пикуз, В.М.Романова, А.И.Самохин, "Возбуждение рентгеновских спектров многозарядных ионов при взрыве проволочки в диоде сильноточного электронного ускорителя "Дон", Письма в ЖТФ, т.6(20), 1223-1226 1980.

5. И.К.Айвазов, М.Б.Бехтев, В.В.Булан, «Сжатие многопроволочных лайнеров на многомодульном комплексе «Ангара-5-1»», Физика плазмы, 16(6), 645-654,1990.

6. J.L.Porter, R.B;Spielman, M.F.Vargas, M.K.Matzen, Review of Scientific Instruments, "Development of a sodium z-pinch load for use on the Saturn accelerator", 63(12), 5703 5709, 1992.

7. P.J.Burkhalter, J.Shiloh, A.Fisher, R.D.Cowan, "X-Ray Spectra from a Gas-Puff Z-Pinch Device", J.Appl.Phys., 5(7), 4532 4540, 1979.

8. А.Бартник, Г.В.Иваненков, Л.Карпински, С.А.Пикуз, Т.А.Шелковенко, "Сжатие полых газовых оболочек в микросекундном генераторе рентгеновского излучения", Квантовая электроника, .20(11), 1121- 1126, 1993.

9. С.М.Захаров, Г.В.Иваненков, А.А.Коломенский, С.А.,Пикуз, А.И.Самохин, «Генерация плотной высокотемпературной плазмы при сжатии лазерного факела в диоде сильноточного ускорителя», Письма в ЖТФ. 8(6), 359 363,1982.

10. С.М.Захаров, Г.В.Иваненков, А.А.Коломенский, С.А.Пикуз, А.И.Самохин, "Пинчеванне плазмы лазерного факела в диоде сильноточиого ускорителя", Физика плазмы, 10(3), 522-528,1984.

11. S.V.Lebedev, S.N.Bland, F.N.Beg, J.P.Cittenden, A.E.Dangor, M.G.Haines, S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko "Effect of core-corona plasma structure on seeding of instabilities in wire array Z pinches", Phys. Rev. Lett. 85 (1), p. 98-101, 2000.

12. С.М.Захаров, А.А.Коломенский, С.А.Пикуз, А.И.Самохин, «Генерация мягкого рентгеновсеого излучения в сильноточном капиллярном разряде» Письма в ЖТФ, 6(18), 1135-1139, 1980.

13. J.J.Rocca, D.C.Beethe, M.C.Marconi,"Proposal for soft-X-ray and XUV lasers in capillary discharges", Optics Letters, 13(7), 565-572, 1988.

14. П.В.А.Бурцев, В.А.Грибков, Т.И.Филиппова, «Высокотемпературные пинчевые образования», Сб. Итоги науки и техники, Серия физика плазмы, т.2. 80 137, М., 1981.

15. U.Feldman, M.Swartz, L.Cohen, Rev.Sci.Instr., 38(10), 1372 1373, 1967.

16. Е.Д.Короп, Б.Э.Мейерович, Ю.В.Сидельников, С.Т.Сухоруков, «Микропинч в сильноточном диоде», УФН, 129(1), 87 112, 1979.

17. E.V.Aglitsky, P.S.Antsiferov, A.M.Panin, "X-Ray Spectro of He-like Ions of Ga and Ge, Excited in the low-Inductance Spark Plasma", Optics Communications, 50(1), 16-18,1984.

18. R.B.Spielman, C.Deeney, G.A.Chandler, M.R.Douglas, D.L.Fehl, M.K.Matzen et al., "Tungsten wire-array Z-pinch experiments at 200 TW and 2 MJ", Physics of Plasmas, 5(5), p 2105-2116, 1998.

19. V.I.Oreshkin, R.B.Baksht, N.A.Ratakhin, A.Ya.Labetsky, A.G.Rousskukh, A.V.Shishlov, K.V.Khishchenko, P.R.Levashov, I.V.Glazyrin, I.I.Beilis, "The thermal resistivities on electrical explosion of metal wires", DZP2006, AIP Conf. Proc. 808,103-106,2006.

20. K.N.Koshelev and N.R.Pereira, "Plasma points and radiative collapse in vacuum sparks", J. Appl. Phys. 69, R21,1991.

21. D.D.Ryutov, M.S.Derzon, M.K.Matzen, "The physics of fast Z pinches", Reviews of Modern Physics, 72(1), 167-223,2000.

22. M.K.Matzen, M.A.Sweeney, R.G.Adams, J.R.Asay et al., "Pulsed-power-driven high energy density physics and inertial confinement fusion research", Physics of Plasmas, 12(5), 55503-1-16,2005.

23. S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, A.R.Mingaleev, V.M Romanova, B.M.Song, K.M.Chandler, M.D.Mitchell and D.A.Hammer, "The X pinch as an x-ray source for point-projection radiography", Channeling 2004, Proceedings of SPIE, 59740L, 2005.

24. D.H.Kalantar, D.A.Hammer, K.C.Mittal et al., "K-shell x-ray yield for aluminum x-pinch plasmas", J. Appl. Phys., vol. 73, pp. 8134-8138, 1991.

25. C.Christou, A.E.Dangor and D.A.Hammer, "Characterization of wire x-pinches driven by a microsecond-long capacitive discharge," J. Appl. Phys., vol. 87, pp. 8295-8303,2000.

26. I.H.Mitchell, R.Aliaga-Rossel, R.Saavedra, H.Chuaqui, M.Favre, E.S.Wyndham, "Investigation of the plasma jet formation in X-pinch plasmas using laser interferometry", Physics of Plasmas, 7(12), 5140-5147,2000.

27. I.H.Mitchell, R.Aliaga-Rossel, J.Gomez et al., "X Ray Emission from X Pinch Experiments on the Llampudken Generator," Proc. 5th Int. Conf. on Dense Z-Pinches, pp.145152, 2002.

28. V.L.Kantsyrev, D.A.Fedin, A.S.Shlyaptseva, S.Hansen, D.Chamberlain and N.Ouart, "Energetic electron beam generation and anisotropy of hard x-ray emission from 0.9 to 1.0 MA high-Z X pinches," Phys. Plasmas, vol. 10, pp. 2519-2526, 2003.

29. V. Kantsyrev, A. Safronova, V. Ivanov et al., "Radiative properties of asymmetric and symmetric X-pinches with two and four wires recently produced on the UNR 1 MA ZEBRA generator", J. Quant. Spect. Rad. Transf., 99(1-3), 349-362,2006.

30. R. Appartaim, DPP02-LP 1.046, and private communication

31. А. Г. Русских, ИСЭ CO АН, частное сообщение, 2002.

32. A.V.Kharlov, B.M.Kovalchuk, V.B.Zorin, " A compact High Current Generator for X-ray Radiography" in Proceedings of 13711 Conf. On High Current Electronics, Tomsk 2004.

33. F.N.Beg, K.Krushelnik, P.Lichtsteiner et al., Table-top X-pinch for X-ray radiography," Appl. Phys. Lett., vol. 82, pp. 4602-4604,2003.

34. L.E.Aranchuk, A.S.Chuvatin, and L.Larour, "Compact submicrosecond, high current generator for wire explosion experiments", RSI, vol. 75, pp. 69-74, 2004.

35. F.N.Beg, R.Stephens, Z.Karim, S.Eddinger and H.Huang, "A Compact X pinch X-ray Source for Characterization of Inertial Confinement Capsules," DZP2005, AIP Conference Proceedings 808, 125-128,2006.

36. T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, J.D.Douglass, R.D.McBride and D.A.Hammer, "Multiwire X Pinches on the COBRA Pulsed Power Generator", DZP2005, AIP Conference Proceedings 808,153-156,2006.

37. S.V.Lebedev, S.N.Bland, F.N.Beg, J.P.Chittenden, A.E.Dangor, M.G.Haines, S.A.Pikuz and T.A.Shelkovenko," X-ray backlighting of wire array Z-pinch implosions using X pinch " Rev. Sci. Instrum., vol. 72, pp. 671-673,2001.

38. V.V.Aleksandrov, I.N.Frolov, M.V.Fedulov et al.,"Prolonged Plasma production at Current-Driven Implosion of Wire Arrays on Angara-5-1 Facility," IEEE Trans. Plasma Sci., vol. 30, pp.559-566,2002

39. J.D.Douglass, J.B.Greenly, DAHammer, R.D.McBride, S.A.Pikuz and T.A.Shelkovenko, "The Imaging of Z-Pinches Using X-Pinch Backlighting," DZP2005, A1P Conference Proceedings 808,129-132,2006

40. С.А.Пикуз, «Анализ интенсивностей линий в сателлитных структурах К спектров и расшифровка сложных L и М спектров многозарядпых ионов лазерой плазмы», Кандидатская диссертация, ФИАН, 1978.

41. P.G.Burkhalter, C.M.Dozier, D.J.Nagel, "X-ray spectra from exploded-wire plasmas", Phys. Rev. A 15(2), 700 717,1977.

42. С.М.Захаров, Г.В.Иваненков, АА.Коломенский, С.А.Пикуз, А.И.Самохин, "Исследование взрывающихся проволочек в диоде сильноточного ускорителя", Физика плазмы, 9(3), 469 476, 1983.

43. Р.Б.Бакшт, И.М.Дацко, А.Ф.Коростелев, В.В.Лоскутов, А.В.Лучипский, Г.А.Месяц, В.К.Петин, «Мягкое рентгеновское излучение при паносекундном взрыве тонких проводников», Письма в ЖТФ, 6(18), 1109 1112, 1980.

44. И.К.Айвазов, Л.Е.Аранчук, С.Л.Боголюбский, Г.С.Волков, «Кольцевые образования в короне проволочки, взорванной током», Письма в ЖЭТФ, 41(3), 111 114, 1985.

45. В.А.Бойко, С.М.Захаров, А.А.Коломенский, С.А.Пикуз, А.И.Самохин, А.Я.Фаенов, С.Ю.Хахалин, «О возможности использования излучения "взрывающейся проволочки" для рентгенолитографии», Письма в ЖТФ, 8(3), 129 133, 1982.

46. В.М.Романова, «Экспериментальные исследования Х-пинча в сильноточном диоде», Кандидатская диссертация, ФИАН, Москва, 1996.

47. G.V.Ivanenkov, W.Stepnewski, "A radiative magnetohydrodynamical two-dimensional model for imploding plasma loads type of exploded wires, L.Moscow Phys.Soc. 9.337-360,1999.

48. SA.Pikuz, T.A.Shelkovenko, V.M.Romanova, B.Etlicher, S.Attelan, A.S.Chuvatin,

49. A.Ya.Faenov, I.Yu.Skobelev, "Soft x-ray spectroscopic investigations in experiments on Z-pinch stabilization", Physica Scripta, vol. 53, p. 508-512,1996.

50. Т.А.Шелковенко, И.Ю.Скобелев, С.А.Пикуз, Б.Этлишер, А.Я.Фаенов, С.Аттелан,

51. B.М.Романова, А.С.Чуватин, "Реитгеноспектроскопическое исследование стабилизации плазменного столба в сложном Z-пинче", Квантовая электроника, т.23, вып.2, с. 137-142, 1996.

52. N.QL D.A.Hamme^ D.H.Kalantar, G.D.Rondeau; J.B.Workman; M.C.Richardson; Hong Chen, "X-ray source characterization of aluminium X-pinch plasmas driven by the 0.5 TW Lion accelerator", AIP Conference Proceedings, 195,71-79,1989.

53. N.Qij D.A.Hamme^ D.H.Kalantar, G.D.Rondeau; R.C.Mittal, "Characterization of X-pinch plasma", Review of Scientific Instruments, 61(10), 2815-2819,1990.

54. D.H.Kalantar, D.A.Hammer, A.E.Dangor, J.M.Bayley and F.N.Beg, "Dynamics of an X-pinch plasma from time-resolved diagnostics," Proc. 3rd Int. Conf. on Dense Z-Pinches, pp. 604-611,1994.

55. А98. T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, A.R.Mingaleev, D.A.Hammer„and B.R.Kusse, "Studies of multiwire array plasma formation using X-ray backlighting", BEAMS'98 Proc., p. 676 -679,1998.

56. T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, A.R.Mingaleev, and D.A.Hammer, "Structure on the dense residual wire core during exploding wire plasma formation", Proc. of ICOPS, p. 121.1998.

57. S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, A.R.Mingaleev, D.A.Hammer, and H.P.Neves, 'Density measurements in exploding wire-initiated plasmas using tungsten wires", Phys. Plasmas, 6 (11), 4272-4283, 1999.

58. Y.S.Dimant, S.A.Pikuz, TAShelkovenko, D.B.Sinars, J.B.Greenly, and D.A.Hammer, "Formation of highly structured dense cores from exploding wires with 1-5 kA per wire", IEEE International Conference on Plasma Science, p. 308.1999.

59. J.B.Greenly, TAShelkovenko, S.A.Pikuz, D.B.Sinars, and D.A.Hammer, «Studies of late time behavior of exploding wires using X-ray backlighting», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 308,1999.

60. D.A.Hammer, S.A.Pikuz, T.A.SheIkovenko, J.B.Greenly, D.B.Sinars, and

61. A.R.Mingaleev, «Х-ray backlighting density measurements of tungsten and aluminum wire and wire array Z-pinches», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 309,1999.

62. V.M.Romanova, S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, Mih Hu, D.B.Sinars, B.R.Kusse. Ya.S.Dimant. J.B.Greenly, D.A.Hammer, Y.S.Dimant, and A.R.Mingaleev, "Optical probing of exploding wires using schlieren and interferometric imaging: APS-DPP99, FP1.07,1999.

63. B.R.Kusse, M.Hu, S.A.Pikuz, D.B.Sinars, K.M.Chandler, J.B.Greenly, D.A.Hammer, and T.A.Shelkovenko, «Optical measurements of the properties of exploding wires», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 139.2000.

64. S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, D.B.Sinars, D.A.Hammer, К M.Chandler, and M.Hu, «Measurements of the structural evolution of X pinches and the formation of radiating hot spots», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 138.2000.

65. T.A.,Shelkovenko, S.A.Pikuz, D.B.Sinars, I.Y.SKobelev, D.A.Hammer, K.M.Chandler, and M.Hu, «Spectroscopic investigations of X-ray radiation from X pinches», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 138.2000.

66. D.B.Sinars, T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, J.B.Greenly, D.A.Hammer, «Exploding aluminum wire expansion rate with 1-4.5 kA per wire», Phys. Plasmas, 7(5), p.1555-1563, 2000.

67. D.B.Sinars, T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, Min Hu, V.M.Romanova, K.M.Chandler, J.B.Greenly, D.A.Hammer, B.R.Kusse "The effect of insulating coatings on exploding wire plasma formation", Phys. Plasma, 7 (2), p.429-432, 2000.

68. T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, D.B.Sinars, К M.Chandler, and D.A.Hammer, «X pinch: a source of 1-10-keV x rays», Proceedings of the SPIE The International Society for Optical Engineering, v. 4504, 180-187, 2001.

69. T.A.Shelkovenko, D.B.Sinars, S.A.Pikuz, K.M.Chandler, G.V.Ivanenkov, W.Stepniewski, and D.A.Hammer, «Х-pinch dynamics: experiment and simulation», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 195. 2001.

70. T.A.SheIkovenko, D.B.Sinars, S.A.Pikuz, K.M.Chandler, and D.A.Hammer, «Point-projection X-ray radiography using an X pinch as the radiation source», Review of Scientific Instruments, v. 72 (1), p. 667 670,2001.

71. M.D.Mitchell, K.M.Chandler, T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, and D.A.Hammer, «Exploring Parallel X-pinch Coupling», APS-DPP01, RP1.102, 2001.

72. S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, D.B.Sinars, K.M.Chandler, and D.A.Hammer, «Phase-contrast x-ray radiography using the X pinch radiation», Proceedings of the SPIE The International Society for Optical Engineering, v. 4504, 234 - 239, 2001.

73. K.M.Chandler, D.A.Hammer, D.B.Sinars, S.A.Pikuz and T.A.SheIkovenko, "The Relationship Between Exploding Wire Expansion Rates and Wire Material Properties at High Temperature", IEEE, Transactions on Plasma Science, 309 (2), p.577-587,2002.

74. K.M.Chandler, D.B.Sinars, S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, and D.A.Hammer, «Time-dependent continuum radiation spectrum of X-pinch bright spots», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 152,2002.

75. T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, D.B.Sinars, K.M.Chandler, M.D.Mitcheli, B.M.Song, D.A. Hammer, «The X pinch as a point source for point-projection X-ray radiography», AIP Conference Proceedings of 5-th Intern. Conf. on Dense Z-pinches, p.141-143,2002.

76. B.M.Song, S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, and D.A.Hammer, «Small size X-pinch Radiation source for application to phase-contrast x-ray radiography of biological specimens», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 868,2002.

77. T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, K.M.Chandler, D.A Hammer, M.D.Mitchell, and B.M.Song, «X pinch source characteristics for X-rays above 10 keV», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 370,2003.

78. M.D.Mitchell, S.V.Lebedev, S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, and D.A.Hammer, «Ablation dynamics of a single wire with closely coupled return current», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 189, 2004.

79. S.A.Pikuz, B.M.Song, T.AShelkovenko, K.M.Chandler, M.D.Mitchell, and D.A.Hammer, «X pinch source size measurements», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 25, 2004.

80. T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, V.M.Romanova, G.V.Ivanenkov, B.M.Song, K.M.Chandler, M.D.Mitchell, and D.A.Hammer, «X pinch source characteristics for x-rays above 10 keV», IEEE International Conference on Plasma Science, p. 36, 2004.

81. S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, D.A.Hammer, B.M.Song, K.M.Chandler, M.D.Mitchell, G.V.Ivanenkov, W.Stepnewski "Investigation of X-pinch micropinch dynamics using an x-ray streak camera", APS-DPP04, LP1.150,2004.

82. T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, V.M.Romanova, G.V.Ivanenkov, B.M.Song, K.M.Chandler, M.D.Mitchell and D.A.Hammer, X pich source characteristics for x-rays above 10 keV" Proceedings of SPIE, 5196, 36 43, 2005.

83. K.M.Chandler, S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, M.D.Mitchell and D.A.Hammer, "Cross calibration of new x-ray films against direct exposure film from 1 to 8 kev using the x-pinch x-ray source", Review of Scientific Instruments 76 (2005), 113111-18, 2005.

84. J.P.Chittenden, S.V.Lebedev, J.Ruiz-Camacho, F.N.Beg, S.N.Bland, C.A.Jennings, A.R.Bell, M.G.Haines, S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko, D.A.Hammer, "Plasma formation in metallic wire Z pinches" Phys. Rev. E, 61 (4), p.4370-4380,2000.

85. S.V.Lebedev, S.N.Bland, F.N.Beg, J.P.Cittenden, A.E.Dangor, M.G.Haines, S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko "Effect of core-corona plasma structure on seeding of instabilities in wire array Z pinches", Phys. Rev. Lett. 85 (1), p. 98-101, 2000.

86. S.V.Lebedev, F.N.Beg, S.N.Bland, J.P.Chittenden, A.E.Dangor, M.G.Haines, K.H.Kwek, S.A.Pikuz, and T.A.Shelkovenko, «Effect of discrete wires on the implosion dynamics of wire array Z pinches: Physics of Plasmas, 8 (8), 3734 3747,2001.

87. S.V.Lebedev, F.N.Beg, S.N.Bland, J.P.Chittenden, A.E.Dangor, M.G.Haines, S.A.Pikuz, and T.A.Shelkovenko, «Plasma formation and the implosion phase of wire array z-pinch experiments: Laser and Particle Beams», 19(3), 355 376 2001.

88. S.V.Lebedev, S.N.Bland, F.N.Beg, J.P.Cittenden, A.E.Dangor, M.G.Haines, S.A.Pikuz, T.A.Shelkovenko " X-ray backlighting of wire array Z-pinch implosions using X pinch " Rev. Sci. Instr., 72 (1), 671-673,2001.

89. S.N.Bland, DJ.Ampieford, S.C.Bott, S.V.Lebedev, J.B.A.Palmer, S.A.Pikuz, and T.A.Shelkovenko, «Extreme ultraviolet imaging of wire array z-plnch experiments», Review of Scientific Instruments, 75(10), 3941 -3943,2004

90. А180. T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, G.V.Ivanenkov, A.R.Mingaleev, V.M.Romanova, A.E.Ter-Oganesyan, K.M.Candler, M.D.Mitchell, D.A.Hammer, "Electron beams in X-pinches" Proc. Of BEAMS2004, 7031, 2004.

91. V.M.Romanova, S.A.Pikuz, A.E.Ter-Oganesyan, A.R.Mingaleev, T.A.Shelkovenko, S.I.Tkachenko, Nanosecond electrical explosion of micron diameter wire, Czechoslovak Journal of Physics 56, no. Suppl. В, B349-B356, 2006

92. V.M.Romanova, S.I.Tkachenko, S.A.Pikuz, A.R.Mingaleev, A.E.Ter-Oganesyan, T.A.Shelkovenko, "Laser Probing of nanosecond wire explosion" DZP2006, AIP Conference Proceedings 808, 107 110,2005.

93. S.I.Tkachenko, A.R.Mingaleev, A.E.Ter-Oganesyan, T.A.Shelkovenko, V.M.Roma-nova, S.A.Pikuz, "Current-driven explosion of micron size wires in different external media", DZP2006, AIP Conference Proceedings 808, 111 -114, 2005.

94. Yu.L.Bakshaev, P.I.Blinov, A.S.Chernenko, S.A.Dan'ko, Yu.G.Kalinin, V.D.Korolev, V.I.Tumanov,, A,Yu,Shashkov, A.V.Chesnokov, M.I.Ivanov, "Diagnostic arrangement on S-300 facility", Review of Scientific Instruments, 72(1), 1210-1213,2001.

95. S.A.Pikuz, «Reply to "Some critical remarks about the paper, 'A simple air wedge shearing interferometer for studying exploding wires' "», Review of Scientific Instruments, 74(6), 3192-3193,2003,

96. В.А.Бойко, С.А.Пикуз, А.Я.Фаенов, «Использование спектрографа с выпуклым кристаллом как камеры-обскуры со спектральным разрешением», ПТЭ, 18(5), 222-224,1975.

97. Л.М.Беляев, А.Б.Гильварг, Ю.А.Михайлов, С.А.Пикуз, Г.В.Склизков, А.Я.Фаенов, С.И.Федотов «Фотографирование лазерной плазмы с помощью кристалла-анализатора изогнутого по поверхности второго порядка», Квантовая Электроника, 3(9), 2057 2059,1976.

98. Ю.А.Михайлов, С.А.Пикуз, А.Я.Фаенов, С.И.Федотов, «Фокусирующий спектрограф для регистрации рентгеновского излучения лазерной плазмы в диапазоне длин волн короче ЗА», ПТЭ, 19(6), 174- 176,1976.

99. Л.М.Беляев, А.Б.Гильварг, Ю.А.Михайлов, С.А.Пикуз, Г.В.Склизков, А.Я.Фаенов, С.И.Федотов «Регистрация рентгеновских спектров с одно- и двумерным пространственным разрешением с помощью сферического кристалл-анализатора», ПТЭ, 20(3), 212-215, 1977.

100. V.A.Boiko, A.Ya.Faenov, and S.A.Pikuz, «X-ray spectroscopy of multiply-charged ions from laser plasmas», Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 19(1), 11 -50, 1978.

101. В.А.Бойко, С.А.Пикуз, А.Я.Фаенов, «Дисперсионные рентгеновские фотографические системы», ПТЭ, 21(2), 232 235, 1978.

102. К.Гетц, Ю.А.Михайлов, С.А.Пикуз, Г.В.Склизков, АЛ.Фаенов, СИ.Федотов, Е.Фёрстер, П.Цаумзайль, «Использование высококачественных кристаллов для рентгеновской спектроскопической диагностики лазерной плазмы», ПТЭ, 21(3), 201 207, 1978.

103. В.А.Бойко, С.А.Пикуз, А.Я.Фаенов, «Спектральные разложение рентгеновского излучения плазменных микроисточников (обзор)», ПТЭ, 23(2), 5 -24,1980.

104. В.А.Бойко, Б.А.Брюнеткин, А.Б.Гильварг, С.А.Пикуз, И.Ю.Скобелев, А.Я.Фаенов, К.А.Шилов, «Исследование отражательных характеристик изогнутых кристаллов-анализаторов с помощью лазерной плазмы», ПТЭ, 26(6), 179- 181,1983.

105. В.А.Бойко, А.В.Виноградов, С.А.Пикуз, И.Ю.Скобелев, А.Я.Фаенов, «Рентгеновская спектроскопия лазерной плазмы», (ред. Н.Г.Басов), Итоги Науки и техники. Радиотехника, том 27, ВИНИТИ, Москва, 1980.

106. V.A.Boiko, A.V.Vinogradov, S.A.Pikuz, I.Yu.Skobelev, A.Ya.Faenov, "X-ray Spectroscopy of Laser-Produced Plasma", J. of Sov.Las.Res., 6(2), 83 276, 1985.

107. A.Я.Фаенов, Т.А.Шелковенко, "Использование прозрачной дифракционной решетки для спектроскопии плазмы быстрого Z-пинча", Письма в ЖТФ, 17(19), 16-20, 1991.209**. Ю.А.Агафонов, Б.А.Брюнеткин, А.И.Ерко, А.Р.Мингалеев, С.А.Пикуз,

108. M.Sanchez Del Rio, A.Y.Faenov, V.M.Dyakin, T.A.Pikuz, S.A.Pikuz, V.M.Romanova, and T.A.Shelkovenko, «Ray-tracing for a monochromatic X-ray backlighting scheme based on spherically bent crystal», Physica Scripta, 55,735 740,1997.

109. T.A.Shelkovenko, S.A.Pikuz, D.A.Hammer, D.J.Ampleford, S.N.Bland, S.C.Bott, J.P.Chittenden, and S.V.Lebedev, «Use of spherically bent crystals to diagnose wire array z pinches», Review of Scientific Instruments, v. 75(10), 3681 3683,2004.

110. B.Edlen, "Wavelength measurements in Vacuum Ultraviolet", Reports Progr. Phys. 26,181,1963.

111. B.Edlen, "Atomic Spectra", Handbuch der Physik, Bd.27, Berlin, 1964.

112. A.I.Erko, V.V.Aristov, B.Vidal, "Diffraction X-ray optics", IOP Publishing, Bristol, UK, 1996.

113. Боровский, «Физические основы рентгеноспектральных исследований», Изд. МГУ, 1956.236. «Рентгеновские лучи» под ред. М.А.Блохина, ИЛ, Москва, 1960.

114. Y.Aglitskiy, S.Obenschain, V.Yunkin, "Bent Bragg-Fresnel lenses for x-ray imaging diadnostics" Rev. Sci. Instr., 74(3) 2228-2231, 2003.

115. Y.Kohmura, M.Awaji, Y.Suzuki, T.Ishikawa, Yu.I Dudchik, N.N.Kolchevskiy, F.F.Komarov, "X-ray focussing test and x-ray imaging test by a microcapiilary x-ray lens at an undulator beamline", Rev. Sci, Instr., 70(11), 4161 -4167, 1999.

116. B.L.Henke, S.L.Kwok, J.Y.Uejio, H.T.Yamada, G.C. Young, "Low-energy x-ray responseof photographic films. I. Mathematical models", J. Opt. Soc. Am. B, 1(6), 818-827,1984.

117. B.L.Henke, F.G.Fujiwara, M.A.Tester, C.H.Dittmore, M.A.Palmer, " Low-energy x-ray responseof photographic films. II. Experimental characterization", J. Opt. Soc. Am. B, 1(6), 828-849,1984.

118. B.L.Henke, J.Y.Uejio, G.F.Stone, C.H.Dittmore, F.G.Fujiwara, " High-energy x-ray responseof photographic films: models and measurement", J. Opt. Soc. Am. B, 3(11), 1540-1550, 1986.с242. http:://www.cxro.lbl.gov

119. R. B. Spielman, L. E. Ruggles, R. E. Pepping, S. P. Breeze, J. S. McGurn, and K. W. Struve, "Fielding and calibration issues for diamond photoconducting detectors for soft X-ray diagnostics.", Rev. Sci. Instrum. 68(3), 782-786, 1997.

120. D.B.Sinars, "Time resolved measurements of the parameters of bright spots in X-pinch plasma", Ph.D. Dissertation, Cornell University, 2001.

121. Snigirev, V.Kohn, I Snigireva, B.Lengeler, "A component refractive lens for focussing high-energy X-ray", Nature, 384,49-51, 1996.

122. Г.СЛандсберг, Оптика, M. 1980.247** С.А.Пикуз, Т.А.Шелковенко, Д.Б.Синарс Д.А.Хаммер, «Временные характеристики рентгеновского излучения X пинча», Физика Плазмы, 32(12), 1106-1120 2006.248 http://www.prism-cs.com/Software/PrismSpect/PrismSPECT.htm

123. T.D.Boucheron, "ALEGRA: User input and physics descriptions", v.4.2, SAND2002-2775, Sandia National Laboratories, NM, 2002.

124. J.Musk, "MHD simulations of cold start, single wire explosion using ALEGRA", PhD Dissertation, Cornell University, 2004

125. S.Yu.Gus'kov, G.V.lvanenkov and W.Stepniewski, "Physical aspects of high intensity emission from x-pinch", Proceed, of SP1E 5974, pp. 59740T59741-59710, 2005

126. G.V.lvavnenkov, W.Stepnewski, S.A.Pikuz, S.Yu.Gus'kov, DZP2005, A1P Conference proceedings, 808,133-136,2006.