Рентгеноспектральная диагностика плазмы, формируемой при воздействии сверхкоротких лазерных импульсов петаваттной мощности на твердотельные мишени тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.08, кандидат наук Алхимова Мария Андреевна

• Алхимова Мария Андреевна
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Алхимова Мария Андреевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ СФЕРИЧЕСКИ ИЗОГНУТЫХ КРИСТАЛЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПЛОТНОЙ ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЫ

§ 1.1 Регистрация спектров рентгеновского излучения лазерной плазмы с высоким пространственным разрешением

1.1.1 Рентгеновские фокусирующие спектрометры в диагностике лазерной плазмы

1.1.2 Сферически изогнутые кристаллы - как диспергирующие элементы спектрометра

1.1.3 Обработка рентгеновских спектров, зарегистрированных в эксперименте

§ 1.2 Определение кривой отражения сферически изогнутого кристалла слюды, применяемого для диагностики рентгеновского излучения релятивисткой лазерной плазмы

1.2.1 Методика калибровки отражательных свойств кристалла по рентгеновским спектрам излучения плотной лазерной плазмы

1.2.2 Влияние кривой отражения сферически-изогнутого кристалла слюды на оценку параметров плотной лазерной плазмы

§ 1.3 Измерение характера кривой отражения сферически-изогнутого кристалла а-кварца

1.3.1 Определение минимума кривой отражения рентгеновского излучения кристалла а-кварца по рентгеновским спектрам излучения плотной лазерной плазмы, зарегистрированным в эксперименте

1.3.2 Сравнение измеренного в эксперименте значения для минимума кривой отражения кристалла а-кварца с полученными ранее результатами

Выводы к главе

ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕНТГЕНОВСКОЙ ЭМИССИИ ИЗ СТАЛЬНЫХ ФОЛЬГ, ОБЛУЧАЕМЫХ ФЕМТОСЕКУНДНЫМИ ЛАЗЕРНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ ПВт- МОЩНОСТИ

§ 2.1 Лазерная установка J-KAREN-P и комплекс рентгеноспектральной диагностики, используемые для экспериментальных исследований мощного потока рентгеновского излучения и пучков быстрых ионов, формируемых в фемтосекундной лазерной плазме

2.1.1. Введение: этапы развития и основная концепция устройства современных лазерных комплексов ПВт- мощности

2.1.2 Лазерный комплекс 1-КАРЕ№Р

2.1.3 Комплекс рентгеноспектральной диагностики на лазерной установке J-KAREN-P

§ 2.2 Зависимость интенсивности рентгеновского источника, формируемого при облучении стальных фольг фемтосекундными лазерными импульсами с различной плотностью потока на мишени

2.2.1. Регистрация спектров рентгеновского излучения, испускаемых их стальных мишеней при облучении их фемтосекундными лазерными импульсами ПВт-мощности

2.2.2 Оценка интенсивности источника рентгеновского излучения, образующегося при воздействии на стальные фольги лазерного импульса с различной плотностью потока

2.2.3 Оценка температуры лазерный плазмы по наклону эмиссионного рентгеновского спектра

§ 2.3 Влияние лазерного контраста на формирование плазмы многозарядных ионов железа при воздействии фемтосекундный лазерных импульсов ПВт-мощности

2.3.1. Влияние лазерного контраста на формирование мощного источника рентгеновского излучения и быстрых ионов в плотной лазерной плазме

2.3.2 Эксперимент по исследованию влияния лазерного контраста на образование плазмы многозарядных ионов железа

2.3.3 Оценка интенсивности рентгеновского источника, образующегося при облучении стальных фольг лазерными импульсами с низким и нормальным контрастом

Выводы к главе

ГЛАВА 3 РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНАЯ ДИАГНОСТИКА ПАРАМЕТРОВ ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЫ, ФОРМИРУЕМОЙ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ СТАЛЬНЫХ ФОЛЬГ ФЕМТОСЕКУНДНЫМИ ЛАЗЕРНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ РЕЛЯТИВИСТСКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ

§ 3.1 Методы анализа параметров плотной лазерной плазмы по спектрам

3.1.1 Концепция «плазменных зон»

§ 3.2 Диагностика параметров плотной лазерной плазмы стали по эмиссионным спектрам рентгеновского излучения

3.2.1. Определение параметров плазмы путем сравнения модельного расчета с измеренным в эксперименте спектром, полученным для случая умеренной интенсивности лазерного пучка на поверхности мишени

3.2.2 Схема взаимодействия фемтосекундного релятивистского лазерного импульса со стальной мишенью в концепции нескольких плазменных зон

3.2.3 Определение параметров плазмы путем сравнения модельного

расчета с измеренным в эксперименте спектром, полученным для случая

релятивистской интенсивности лазерного пучка на поверхности мишени

4

3.2.4 Обнаружение эффекта поглощения лазерного излучения областью плазмы с релятивисткой критической плотностью

Выводы к главе

ГЛАВА 4 ДИАГНОСТИКА МОЩНОГО ИСТОЧНИКА РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, ФОРМИРУЕМОГО ПРИ ОБЛУЧЕНИИ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ФОЛЬГ УЛЬТРАКОРОТКИМИ ЛАЗЕРНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ ПВт-МОЩНОСТИ, ПО РЕНТГЕНОВСКИМ СПЕКТРАМ, СОДЕРЖАЩИМ ЛИНИИ ИЗЛУЧЕНИЯ ПОЛЫХ ИОНОВ

§ 4.1 Диагностический потенциал спектров полых ионов для исследования вещества в «экстремальном» состоянии

4.1.1 Типы полых ионов и положение их линий в рентгеновском спектре излучения плазмы

4.1.2 Механизмы возбуждения полых ионов

4.1.3 Наблюдение спектров полых ионов в лазерной плазме

4.1.4 Механизм формирования мощного рентгеновского источника в лазерной плазме

§ 4.2 Формирование сверхъяркого источника рентгеновского излучения при облучении кремниевых фольг пикосекундными импульсами ПВт-мощности мощности и, его диагностика по спектрам, содержащим линии переходов в полых ионах нового типа - Ридберговских полых ионов

4.2.1 Регистрации спектров рентгеновского излучения кремниевой лазерной плазмы в эксперименте

4.2.2 Определение параметров кремниевой плазмы путем сравнения модельного расчета с измеренными в эксперименте спектрами

4.2.3 Ридберговские полые ионы

4.2.4 Оценка влияния горячих электронов на формирование состояний полых ионов в кремниевой плазме

4.2.5 Диагностика мощного источника рентгеновского излучения, формируемого в кремниевой плазме по спектрам, содержащим линии полых ионов

§ 4.3 Формирование плазмы с определяющей ролью радиационных процессов при облучении тонких алюминиевых фольг фемтосекундными лазерными импульсами ПВт-мощности

4.3.1 Схема формирования и диагностики сверхъяркого источника рентгеновского излучения в эксперименте

4.3.2 Определение параметров А1 лазерной плазмы путем сравнения модельного расчета, выполненного в концепции «плазменных зон», с измеренным в эксперименте спектром

4.3.3 Диагностика рентгеновского источника, формируемого в алюминиевой плазме, по спектрам, содержащим линии полых ионов

Выводы к главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Рентгеноспектральная диагностика плазмы, формируемой при воздействии сверхкоротких лазерных импульсов петаваттной мощности на твердотельные мишени»

ВВЕДЕНИЕ

Исследование плотной лазерной плазмы, формируемой в результате воздействия ультракоротких сверхинтенсивных лазерных импульсов оптического и инфракрасного диапазонов длин волн на тонкие твердотельные фольги, представляет огромный интерес, поскольку такая плазма, является эффективным источником рентгеновского и гамма-излучений [1-4], пучков высокоэнергичных ионов, электронов и нейтронов [3,5,6]. Такие источники находят широкое применение в физике высоких плотностей энергий, лабораторной астрофизике, материаловедении, медицине, биоинженерии [7,8] и инерциальном термоядерном синтезе. Однако, характеристики этих источников крайне чувствительны к параметрам плазмы, а те, в свою очередь, сильно зависят от условий проведения эксперимента. Геометрия эксперимента, материал и форма мишени, характеристики лазерного импульса (такие как: интенсивность, длительность импульса, лазерный контраст), присутствие внешних магнитных полей, дополнительных источников излучения в совокупности своей определяют процесс формирования плазмы, ее развитие и распад, и, тем самым, оказывают непосредственное влияние на характеристики создаваемого источника и его эмиссионный спектр.

Таким образом, при оптимизации формируемого в плазме источника, возникает необходимость контролировать основные параметры плазмы. Сложность этой задачи обусловлена тем, что плазма, образованная при воздействии сверхинтенсивных (lit ~ 1019 Вт/см2) ультракоротких лазерных импульсов на тонкие фольги, является сильно неоднородной по пространству, а процессы ее формирования и распада носят нестационарный характер. Поэтому, становится необходимым обеспечение диагностики ультрабыстрых фемто- и пикосекундных процессов, протекающих в малом объеме ~ 10 мкм3 плазмы, в котором достигается температура порядка нескольких кэВ.

При таких условиях, наиболее универсальным инструментом, позволяющим эффективно получить информацию об основных параметрах плазмы (температура, плотность, компонентный состав) является рентгеновская спектроскопия. Как правило, плотная лазерная плазма в основном состоит из многозарядных ионов, с кратностью ионизации Zi > 4, спектры излучения которых лежат в мягком рентгеновском диапазоне (длины волн меньше 20 А).

Эмиссионные спектры такой плазмы представляют собой совокупность вкладов от непрерывного излучения, являющегося как следствием фоторекомбинационных процессов (фоторекомбинационный континуум), так и результатом торможения электронов в поле ионов (тормозное излучения); и вклада линейчатого излучения, обусловленного переходами электронов между различными энергетическими уровнями в атомах и ионах. Именно линейчатая составляющая рентгеновского спектра представляет наибольший интерес для диагностики основных параметров лазерной плазмы, таких как температура, плотность и ионизационный состав. Структура линейчатого рентгеновского спектра плазмы часто представляет собой набор резонансных линий, соответствующих переходам в Н-подобных и Не-подобных многозарядных ионах и группу сателлитных линий, обусловленных переходами с автоионизационных состояний ионов. Диагностический метод, основанный на сравнении относительных интенсивностей и спектральных профилей этих линий широко используется для определения основных параметров лабораторной (лазерная плазма, токамак, стелларатор, пинч-системы и др.) и астрофизической плазмы [9-13].

При воздействии оптического лазерного импульса на конденсированную (твердотельную) мишень, энергия лазерного фотона, как правило, гораздо меньше потенциала ионизации атомов мишени. В этом случае, лазерное излучение поглощается свободными электронами или электронами с внешних оболочек (многофотонная ионизация), что приводит к увеличению их кинетической энергии и росту частоты столкновительных процессов, приводящему к ионизации более глубоких атомных оболочек и созданию плазмы многозарядных ионов. Экспериментальные и теоретические работы, описывающие такую плазму широко известны [14-16].

Совершенно другая ситуация реализуется, когда энергия фотона падающего на мишень излучения сопоставима с энергией ионизации внутренних оболочек атомов, а интенсивность потока таких фотонов достаточна, чтобы изменить агрегатное состояние мишени. Особенностью взаимодействия таких фотонов с веществом является то, что фотоны поглощаются за счет ионизации внутренних оболочек атомов. Это приводит, с одной стороны, к увеличению внутренней энергии ионов, а с другой стороны - к образованию свободных электронов с высокой кинетической энергией. То есть, реализуется ситуация, когда энергия лазерного импульса сначала идет на создание ионов

мишени и только затем передается электронам. Таким образом, образуется вещество, начальное возбужденное состояние которого сильно отлично от того, которое реализуется при оптическом нагреве. Время существования такого состояния вещества оценивается в несколько фемто- или даже пикосекунд, тогда как на более поздних временах процессы релаксации приведут к тому, что состояние плазмы не будет зависеть от длины волны падающего излучения. Экспериментально получить возбужденное состояние вещества за счет взаимодействия фотонов с высокими энергиями и твердотельных мишеней удалось только при создании мощных источников коротковолнового излучения, т.е. рентгеновских лазеров на свободных электронах [17,18], синхротронов [19] и плазменных рентгеновских лазеров [20,21]. В основе рентгеновских лазеров на свободных электронах лежит использование энергии релятивистского пучка электронов для генерации когерентного пучка ультрафиолетового или рентгеновского излучения. Рентгеновский фотон напрямую взаимодействует с ионами материала мишени, что приводит к удалению электрона из внутренней оболочки за счет процесса фотоионизации. В результате образуются ионы или атомы, с полностью заполненной внешней оболочкой и двумя или более вакансиями на внутренних K и L-оболочках. Для случая нейтральных атомов такие состояния (полые атомы) впервые наблюдались в экспериментах по взаимодействию пучков быстрых тяжелых ионов с твердотельными мишенями [22]. Позже, в экспериментах с лазерной плазмой, были обнаружены многозарядные ионы с двумя и более вакансиями на внутренних оболочках, которые получили название «полые» ионы [23]. Рентгеновские спектры вещества со значительным содержанием полых ионов имеют необычную структуру, состоящую из множества близко расположенных линий, соответствующих переходам в этих ионах. Относительная интенсивность линий полых ионов нередко может превышать интенсивность резонансных линий [24,25]. Ранее было показано, что полые ионы могут выступать в качестве мощного диагностического инструмента для исследования процессов, проводящих к возникновению источника ультра-яркого рентгеновского излучения в плазме, создаваемой лазерным импульсом с интенсивностью ¡ыгг ~ 1019 - 1020 Вт/см2 на поверхности мишеней с атомным номером Z ~ 10—15. В работе [26] приводятся расчеты, позднее подтвержденные в экспериментах [2,27,28], показывающие, что лазерного импульса с интенсивностью ¡ыгг ~ 8 х 1020 В/см2, достаточно, чтобы

сформировать в плазме источник рентгеновского излучения с Ix-ray ~ 1018 Вт/см2. При этом в глубине мишени на некотором расстоянии от фокального пятна лазерного излучения происходит формирования полых ионов, линии излучения которых фиксировались на рентгеновских спектрах, и являлись идентификатором достижения режима доминирования радиационных процессов в кинетике плазмы [3].

Однако, возможность исследовать параметры вещества, образующегося при воздействии сверхинтенсивных - Iiaser > 1021 Вт/см2, лазерных импульсов на тонкие мишени-фольги из более тяжелых элементов с Z ~ 20 - 30 появилась сравнительно недавно, в связи с введением в эксплуатацию новых лазерных комплексов петаваттной мощности (например: J-KAREN-P, Кансай, Япония; PEARL Н. Новгород, Россия). Плазма, образующая в результате облучения мишеней-фольг из тяжелых элементов лазерными импульсами ПВт- мощности, представляет собой сложный, неоднородный по пространству и изменяющийся за крайне короткое время объект, характеризующийся рекордно высокими температурами, наличием резкого термального и плотностного градиента, а также сильно нелинейными эмиссионными свойствами.

Поэтому, исследование плазмы, образующейся в таких экстремальных условиях, представляет значительный научный и практический интерес. Решение задачи по определению параметров релятивистской лазерной плазмы способствует дальнейшему развитию и оптимизации рентгеноспектральных методов диагностики, применяемых в экспериментах на различных установках, в том числе, для диагностики мощного импульсного источника рентгеновского излучения, формируемого в задачах инерциального термоядерного синтеза, и в задачах медицинского направления.

Вышесказанное обуславливает цель настоящей работы - развитие рентгеноспектральных методов диагностики и их применение для исследования параметров плотной лазерной плазмы, образующейся при облучении твердотельных фольг релятивистскими лазерными импульсами с плотностью потока на мишени lit > 1021 Вт/см2.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены следующие задачи: 1. Изучение особенностей отражательных свойств сферически изогнутых кристаллов, применяемых в качестве диспергирующих элементов в рентгеновских спектрометрах, используемых для диагностики плотной лазерной плазмы.

2. Исследование зависимости рентгеновской эмиссии из плотной плазмы, формируемой при облучении мишеней со средним атомным номером (Fe, Cr) лазерными импульсами релятивисткой интенсивности, от параметров лазерного импульса.

3. Определение основных параметров плотной плазмы, образующейся при облучении стальных мишеней лазерными импульсами с интенсивностью lit > 1021 Вт/см2, методами рентгеноспектральной диагностики.

4. Исследование экзотического состояния вещества, формируемого под воздействием яркого импульсного источника ионизирующего излучения, создаваемого при облучении твердотельных Al и Si фольг ультракороткими лазерными импульсами релятивисткой интенсивности.

Научная новизна работы

Впервые обнаружены либо экспериментально подтверждены ряд эффектов, проявляющихся в лазерной плазме при достижении плотности потока лазерного излучения на мишени, превышающего 1021 Вт/см2:

• Поглощение лазерного импульса в области плазмы с релятивисткой критической плотностью

• Сильно нелинейный рост интенсивности рентгеновской эмиссии плотной плазмы при увеличении лазерного потока

• Получение состояния плазмы со значительной концентрацией Ридберговских полых ионов

Впервые обнаружен эффект резкого роста отражательной способности сферически изогнутого кристалла альфа-кварца в узкой спектральной полосе.

Научная и практическая значимость

Основная ценность работы состоит в том, что полученные данные о зависимости рентгеновской эмиссии плазмы от плотности потока лазерной энергии на мишени позволяют оптимизировать параметры установки для создания сверхъяркого, компактного импульсного источника рентгеновского и корпускулярного излучений. Такой источник может быть использован как для фундаментальных исследований в

области ядерной энергетики, так и для решения технологических задач в прецизионной обработке материалов, биотехнологиях, медицине и др.

Развитые и применяющиеся в диссертации методы измерения и анализа рентгеновских спектров релятивисткой лазерной плазмы активно используются в экспериментах, выполняемых на современных лазерных комплексах J-KAREN-P (QST: KPSI, Киото, Япония), PEARL (Институте Прикладной Физики РАН, Нижний Новгород), Vulcan PW (Национальная Лаборатория Резерфорда-Эплетона, CLF, Великобритания), Titan (Ливерморская национальная лаборатория им. Э. Лоуренса , США) и др.

Положения, выносимые на защиту

1. Эффект резкого роста отражательной способности сферически изогнутого кристалла а-кварца, в узкой спектральной полосе Apk ~ 0.0103 ± 0.0002 Ä, расположенной с коротковолновой стороны К-края поглощения кремния, при облучении кристалла потоком рентгеновских фотонов интенсивностью порядка 1011 Вт/см2.

2. Эффект сильно нелинейного роста интенсивности рентгеновского излучения, эмитируемого с передней и тыльной поверхности стальных мишеней, при облучении их лазерными импульсами релятивисткой интенсивности в диапазоне значений lit = 1 х102° - 3 х1021 Вт/см2.

3. Эффект преимущественного поглощения основного фемтосекундного лазерного импульса, областью плазмы с релятивисткой критической плотностью, что позволяет в данной области создать состояние с высокой плотностью энергии, достигающей в условиях проведенных экспериментов значений порядка 107 Дж/см3.

4. Обнаружение рентгеновских спектральных линий ридберговских полых ионов в излучении лазерной плазмы, образованной при облучении кремниевых мишеней пикосекундными импульсами релятивисткой интенсивности.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения и изложена на 135 страницах машинописного текста, включая 56 рисунков, 7 таблиц и список литературы, содержащий 146 наименований.

Основное содержание диссертации В первой главе описываются спектрометры, позволяющие зарегистрировать рентгеновские спектры с высоким пространственным разрешением, и их применение в экспериментальных схемах. Представлены результаты экспериментального исследования отражательных свойств сферически изогнутых кристаллов слюды и альфа-кварца, применяемых для регистрации рентгеновских спектров излучения плазмы в качестве диспергирующего элемента в составе высокоразрешающего спектрометра. Предложена методика, основанная на сравнении рентгеновских эмиссионных спектров лазерной плазмы, позволившая уточнить характер кривой отражения для сферически-изогнутого кристалла и измерить минимум кривой отражения для сферически-изогнутого кристалла альфа-кварца. Обсуждается впервые обнаруженный эффект резкого роста отражательной способности сферически изогнутого кристалла а-кварца, наблюдаемый в узкой спектральной полосе вблизи К-края поглощения кремния, когда на кристалл воздействует рентгеновское излучение с интенсивностью порядка 1011 Вт/см2.

Вторая глава посвящена исследованию эмиссионных свойств лазерной плазмы как рентгеновского источника, формируемого фемтосекундными лазерными импульсами при облучении стальных мишеней. Представлены результаты экспериментов, проводимых на лазерном комплексе J-KAREN-P. Показаны характерные зависимости рентгеновской эмиссии из плазмы стали от энергии и интенсивности лазерного импульса. Обсуждается роль лазерного контраста в формировании спектров многозарядных ионов.

В третьей главе обсуждаются способы анализа параметров лазерной плазмы по спектрам рентгеновского излучения многозарядных ионов и приводятся результаты

1 U U U с»

измерения параметров фемтосекундной релятивистской лазерной плазмы, образованной при облучении стальных мишеней релятивистским лазерным импульсом с интенсивностью lit ~ 1х1020 - 3 х1021 Вт/см2. Измеренные в эксперименте спектры

сравниваются с атомно-кинетическими расчётами, выполненными для спектров многозарядных ионов железа и хрома в концепции нескольких плазменных зон.

Четвертая глава содержит информацию о типах полых ионах, наблюдаемых в эмиссионных спектрах лазерной плазмы и их диагностическом потенциале. Она посвящена диагностике мощного рентгеновского источника, формируемого при воздействии высокоинтенсивных лазерных импульсов пико- и фемтосекундной длительности на мишени с атомным номером Z~ 15. Идентификация радиационного источника и его анализ проводились по рентгеновским спектрам, содержащим, линии, отвечающие переходам в полых ионах. Сравнение измеренных в эксперименте спектров с моделированием, выполненным с помощью кода ATOMIC, впервые позволило обнаружить новый тип полых ионов, который получил название «Ридберговские полые ионы».

Личный вклад автора

Все результаты, представленные в диссертации получены автором лично, или при его непосредственном участии.

Для экспериментов по взаимодействию ультракоротких лазерных импульсов с твердотельными мишенями на установках J-KAREN-P, Vulcan PW и PEARL автором разработаны диагностические схемы и подготовлено рентгеноспектральное оборудование.

Автор лично участвовал в проведении серии экспериментов по исследованию эмиссионных свойств фемтосекундной лазерной плазмы на установках J-KAREN-P и PEARL.

По результатам измерений автором был составлен аналитический обзор данных, проведена выборка и обработка измеренных в эксперименте спектров.

Автором лично выполнены кинетические расчеты спектров излучения плазмы многозарядных ионов тяжелых элементов (Fe, Cr), проведен сравнительный анализ экспериментальных и модельных спектров, позволивший определить параметры плазмы в представленных в диссертации экспериментах. Автором, в частности, обнаружены такие эффекты в релятивистской лазерной плазме, как сильно нелинейный рост

рентгеновской эмиссии при увеличении лазерного потока и эффективное поглощение лазерного импульса в области плазмы с релятивисткой критической плотностью.

Апробация результатов

Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на следующих всероссийских и международных конференциях:

• International School on Ultra-Intense Lasers, Moscow, Russia, 2015;

• 31th International Conference on Equation of States for Matter (EOS'16), Elbrus, Kabardino-Balkaria, Russia, 2016;

• Complex Systems of Charged Particles and their Interactions with Electromagnetic Radiation, Prokhorov Institute, Moscow 2016;

• 34th European Conference on Laser Interaction with Matter (ECLIM 2016), Moscow, Russia, 2016;

• 43th EPS Conference on Plasma Physics, Leuven, Belgium 2016;

• III Международной конференции «Лазерные, плазменные исследования и технологии - ЛаПлаз-2017» Москва, Россия, 2016;

• 32th International Conference on Interaction of Intense Energy Fluxes with Matter (IIFM-2017), Elbrus, Kabardino-Balkaria, Russia, 2017;

• Complex Systems of Charged Particles and Their Interactions with Electromagnetic Radiation, Prokhorov Institute, Moscow 2017;

• 44th EPS Conference on Plasma Physics, Belfast, Northern Ireland 2017;

• International Conference on Extreme Light (ICEL-2017), Szeged, ELI-ALPS, Hungary 2017.

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 21 печатных работах, из которых 11 статей - в рецензируемых журналах, индексируемых Web of Science и Scopus, и 10 тезисов в сборниках трудов конференций.

ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ СФЕРИЧЕСКИ ИЗОГНУТЫХ КРИСТАЛЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПЛОТНОЙ ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЫ

§ 1.1 Регистрация спектров рентгеновского излучения лазерной плазмы с высоким пространственным разрешением

Рентгеновская спектроскопия лазерной плазмы является прямым диагностическим методом, позволяющим определить ее основные макропараметры, такие, как: температура, плотность, степень ионизации и компонентный состав плазмы. Принцип работы рентгеноспектральной диагностики плазмы можно представить следующим образом (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1. Блок-схема принципа определения параметров лазерной плазмы методами рентгеновской спектроскопии

Из зарегистрированного в эксперименте спектра, при помощи аппаратной функции,

восстанавливают вид излученного плазмой спектра, который затем сравнивается с

результатами моделирования, выполненными для определенного набора параметров

плазмы, согласно заданной модели излучения. Регистрацию рентгеновских спектров

плазмы, как правило, проводят с временным или пространственным разрешением.

Поскольку время существования лазерной плазмы в экстремальном состоянии не

превышает нескольких пикосекунд, обеспечить временное разрешение при диагностике

16

такого объекта, на сегодняшний день, технически невозможно. Поэтому в экспериментах по взаимодействию ультракоротки лазерным импульсов с веществом, наиболее часто используются рентгеновские спектрометры с пространственным разрешением.

1.1.1 Рентгеновские фокусирующие спектрометры в диагностике лазерной плазмы

Методы, позволяющие разложить в спектр рентгеновский пучок, принято делить на две группы: методы прохождения (принцип Лауэ: методы Кошуа, Дю-Монда и т.д. [29,30]) и методы отражения (принцип Брэггов: методы Иоганна, Иоганссона (рисунок1.2) [31,32]). Излучение лазерной плазмы, состоящей, преимущественно, из многозарядных ионов, лежит в коротковолновом диапазоне мягкого рентгеновского излучения X ~ 1 - 20 Á. Наиболее эффективным способом разложения этого излучения в спектр является использование многослойных зеркал и дифракционных решеток скользящего падения (0скольж = 1°- 5°) [9,33], либо - использование селективного отражения рентгеновского излучения от кристаллов в соответствии с условием Вульфа-Брегга: тЛ =2d sin в, где Л — длина волны падающего излучения, d — межплоскостное расстояние кристалла, т — порядок отражения, в — угол скольжения [34]. Однако, спектрометры с дифракционными решетками и многослойными зеркалами имеют ограничение рабочего спектрального диапазона со стороны коротких длин волн, и довольно невысокое спектральное разрешение - Л/АЛ ~ 400 [35], а также ряд ограничений, связанных со скользящим падением лучей на детектор, что приводит к уширению линий в регистрируемом спектре. Поэтому эффективность таких спектрометров в рассматриваемом спектральном диапазоне 1 - 20 Á невысока, по сравнению со спектрометрами на кристаллах.

Принцип работы кристаллического спектрографа состоит в следующем (рисунок 1.2). Излучение от источника, испускаемое в некотором диапазоне длин волн, падает на изогнутую поверхность кристалла. Причем каждому лучу, с заданной длинной волны X, соответствует свой угол падения Тогда, согласно условию Вульфа-Брегга, от данного участка кристалла отразится только та часть излучения, для которой выполнится соотношение Л = (2d/m) sin в, где 0 = 90° — ^ является углом скольжения. Отражённый от кристалла луч распространяется под углом и, как и падающий луч,

лежит в плоскости, содержащей нормаль к поверхности кристалла (сагиттальной плоскости). Каждый падающий луч с длинной волны Лп будет отражаться под своим углом фп и его направление распространения не будет совпадать с предыдущим. Таким образом, разделенные в пространстве лучи сформируют на детекторе спектр, лежащий в спектральной полосе шириной от Amin = 2d sin dmin до Лтах = 2d sin втах.

Рисунок 1.2. Схема кристаллического спектрометра, фокусировка методом Иоганна [31]

Характеристики спектрометра, в основном, будут зависеть от выбранного кристалла, свойств его кристаллической решетки и геометрии изгиба поверхности. В общем случае, под характеристиками спектрометра понимают следующие величины: 1) Спектральная разрешающая способность - М = Л/ЛЛт1П где ЛЛт1П — минимальное расстояние между линиями, которые могут наблюдаться отдельно; 2) Пространственное разрешение: Лхт1П - минимальное расстояние между двумя точками источника, при котором в плоскости изображения эти точки можно зарегистрировать отдельно; 3) Светосила - освещённость, регистрируемая детектором. Коэффициент светосилы - £ определяется как отношение освещенности - Е, создаваемой источником в плоскости детектора равномерно в телесном угле 4п, к полному потоку излучения этого источника - Ф, и равен £ = Е/Ф. 4) Рабочий спектральный диапазон - Л^ = Лтах — Лт1П, то есть ширина одновременно регистрируемого диапазона длин вол. 5) Линейные и угловые дисперсии - отвечающие за скорость изменение длинны волны отраженного излучения при изменении угла падения, и за изменение длины волны при смещении линии на детекторе на некоторое йх.

Подбор кристалла, используемого в качестве диспергирующего элемента, является крайне важным, во-первых, потому что кристаллы не могут работать с длинами волн, превышающими величину двойного межплоскостного расстояния кристалла. Во-вторых, геометрия кристалла определяет параметры всей измерительной схемы. При конструкции рентгеновских спектрометров, в качестве диспергирующих элементов, применяют плоские кристаллы, кристаллы с цилиндрически изогнутой поверхность, кристаллы с двойной кривизной (тороидальные), но наиболее эффективными являются сферически изогнутые кристаллы. Такой тип кристалла объединяет в себе диспергирующие свойства кристалла и оптические свойства сферически изогнутого зеркала. Сферическая геометрия изгиба дает возможность получить двумерное пространственное разрешение без использования дополнительных элементов, таких как щели и коллиматоры, а также - достичь рекордно высоких значений для пространственного разрешения спектрометра. Создание сферически-изогнутых кристаллов достаточно малого радиуса кривизны R ~ 80 -150 мм долгое время являлось сложной технической задачей. В работе [36] представлены первые результаты спектроскопических измерений, проведенных при использовании сферически изогнутых кристаллов слюды. Спектрометры, в которых основным диспергирующим элементом является сферически изогнутый кристалл, получили название Фокусирующие Спектрометры с высоким Пространственным Разрешением (ФСПР)[37]. Схемы регистрации спектров рентгеновского излучения с одномерным пространственным разрешением принято обозначать ФСПР-1, а с двумерным пространственным разрешением как ФСПР-2 [13,36,37]. Схема спектрометра ФСПР представлена на рисунке 1.3. Здесь R - радиус кривизны кристалла, а = R sin в / cos 2 в - расстояние от источника излучения до кристалла, a b = R cos в - расстояние до плоскости регистрации излучения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Алхимова Мария Андреевна, 2018 год

Литература

1. Ridgers C. et al. Dense Electron-Positron Plasmas and Ultraintense rays from Laser-Irradiated Solids // Phys. Rev. Lett. 2012. Vol. 108, № 16. P. 165006.

2. Colgan J. et al. Exotic dense-matter states pumped by a relativistic laser plasma in the radiation-dominated regime // Phys. Rev. Lett. 2013. Vol. 110, № 12.

3. Faenov A.Y. et al. Nonlinear increase of X-ray intensities from thin foils irradiated with a 200 TW femtosecond laser // Sci. Rep. 2015. Vol. 5, № 13436.

4. Ji L. et al. Radiation-Reaction Trapping of Electrons in Extreme Laser Fields // Phys. Rev. Lett. 2014. Vol. 112, № 14. P. 145003.

5. Daido H., Nishiuchi M., Pirozhkov A.S. Review of laser-driven ion sources and their applications // Reports Prog. Phys. IOP Publishing, 2012. Vol. 75, № 5. P. 56401.

6. Mourou G. et al. Optics in the relativistic regime // Rev. Mod. Phys. 2006. Vol. 78, № 2. P. 309.

7. Spitzer R.C. Soft x-ray production from laser produced plasmas for lithography applications // J. Vac. Sci. Technol. B Microelectron. Nanom. Struct. 1993. Vol. 11, № 6. P. 2986.

8. Weber R., Balmer J.E. Soft x-ray emission from double-pulse laser-produced plasma // J. Appl. Phys. 1989. Vol. 65, № 5. P. 1880-1884.

9. В.А. Бойко, А.В. Виноградов, С.А. Пикуз, И.Ю. Скобелев А.Я.Ф. Рентгеновская спектроскопия лазерной плазмы. М., ВИНИТИ, 1980.

10. Е.В. Аглицкий У.И.С. Спектроскопия автоионизационных состояний атомных систем. М., Энергоатомиздат, 1985.

11. V. A. Boiko, A. V. Vinogradov, S. A. Pikuz, I.Yu. Skobelev A.Y.F. Main work 1985 Boiko V A // J. Sov. Laser Res. 1985. Vol. 6. P. 85.

12. Пресняков Л. П. Рентгеновская спектроскопия высокотемпературной плазмы // Успехи Физических Наук. 1976. Vol. 119, № 5. P. 49-73.

13. Скобелев И. et al. Исследование радиационных свойств плазменных объектов методами рентгеновской изображающей спектроскопии // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1995. Vol. 108, № 4. P. 1263-1308.

14. Хазанов Е.А., Сергеев А.М. Петаваттные лазеры на основе оптических

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

параметрических усилителей: состояние и перспективы // Uspekhi Fiz. Nauk. 2008. Vol. 178, № 9. P. 1006.

Andriyash A.V. et al. Lasers and high energy density physics at the All'Russian Research Institute of Technical Physics (VNIITF) // Uspekhi Fiz. Nauk. 2006. Vol. 176, № 10. P. 1110.

Garanin S.G. High-power lasers and their applications in high-energy-density physics studies // Uspekhi Fiz. Nauk. 2011. Vol. 181, № 4. P. 434.

Yumoto H. et al. Focusing of X-ray free-electron laser pulses with reflective optics // Nat. Photonics. 2013. Vol. 7, № 1. P. 43.

Ishikawa T. et al. A compact X-ray free-electron laser emitting in the sub-angstrom region // Nat. Photonics. 2012. Vol. 6, № 8. P. 540.

Kiernan L.M. et al. High-resolution photoion yield measurements of "hollow" atomic

lithium // J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 1995. Vol. 28, № 6. P. L161-L168.

Daido H. Review of soft x-ray laser researches and developments // Reports Prog. Phys.

2002. Vol. 65, № 10. P. 1513-1576.

Elton R.C. X-ray lasers. Academic Press, 1990. 287 p.

Briand J.P. et al. Production of hollow atoms by the excitation of highly charged ions in interaction with a metallic surface // Phys. Rev. Lett. 1990. Vol. 65, № 2. P. 159-162. Skobelev I.Y. et al. Spectra of hollow ions in an ultradense laser plasma // Uspekhi Fiz. Nauk. 2012. Vol. 182, № 1. P. 49.

Abdallah J. et al. Spectra of multiply charged hollow ions in the plasma produced by a short-wavelength nanosecond laser // Quantum Electron. 2000. Vol. 30, № 8. P. 694-702. Pikuz S.A. et al. Measurement and simulations of hollow atom X-ray spectra of solid-density relativistic plasma created by high-contrast PW optical laser pulses // High Energy Density Phys. 2013. Vol. 9, № 3. P. 560-567.

Moribayashi K., Sasaki A., Zhidkov A. Productions of Hollow Atoms from Solids Irradiated by High Intensity Laser // Phys. Scr. 2001. Vol. T92, № 1. P. 185-187. Hansen S.B. et al. Detailed analysis of hollow ions spectra from dense matter pumped by X-ray emission of relativistic laser plasma // Phys. Plasmas. 2014. Vol. 21, № 3. Pikuz S.A. et al. Production of exotic states of matter with the use of X-rays generated by focusing a petawatt laser pulse onto a solid target // Uspekhi Fiz. Nauk. 2014. Vol. 184,

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

№ 7. P. 759-765.

Cauchois Y. Spectrographie des rayons X par transmission d'un faisceau non canalisé à travers un cristal courbé-I. // J. Phys. le Radium. 1932. Vol. 3, № 7. P. 320-336. DuMond J. W. M. A High Resolving Power, Curved-Crystal Focusing Spectrometer for Short Wave-Length X-Rays and Gamma-Rays // Rev. Sci. Instrum. 1947. Vol. 18, № 9. P. 626-638.

Johann H.H. Die Erzeugung lichtstarker Röntgenspektren mit Hilfe von Konkavkristallen // Zeitschrift für Phys. 1931. Vol. 69, № 3-4. P. 185-206.

Johansson T. Über ein neuartiges, genau fokussierendes Röntgenspektrometer // Zeitschrift für Phys. 1933. Vol. 82, № 7-8. P. 507-528.

В.А. Бойко, В.Г. Пальчиков И.Ю.С. Рентгеновская спектроскопия многозарядных

ионов. М.: Энергоатомиздат, 1988. 246 p.

Борн М. В.Э. Основы оптики. М.: Наука, 1973. 719 p.

Speer R. et al. A focusing x-ray spectrograph for use in the range 0.5 to 50 A. // J. Phys., E. 1970. Vol. 3, № 147. P. 7.

Pikouz T. A. et al. Creation of Bragg x-ray optics for imaging spectroscopy of plasma

microsources // Int. Soc. Opt. Photonics. 1994. Vol. 2279. P. 244-257.

Faenov A.Y. et al. High-performance x-ray spectroscopic devices for plasma

microsources investigations // Phys. Scr. 1994. Vol. 50, № 4. P. 333-338.

Podorov S., Förster E. Theory of X-ray diffraction on asymmetrically cut and bent crystals

// Phys. Status Solidi B Basic Res. 2000. Vol. 829. P. 829-836.

Henke B.L., Jaanimagi P.A. Two-channel, elliptical analyzer spectrograph for absolute, time-resolving time-integrating spectrometry of pulsed x-ray sources in the 100-10 000-eV region // Rev. Sci. Instrum. 1985. Vol. 56, № 8. P. 1537-1552. Hölzer G. et al. Flat and Spherically Bent Muscovite (Mica) Crystals for X-ray Spectroscopy // Phys. Scr. 1998. Vol. 57, № 2. P. 301-309.

Faenov A.Y. et al. High-resolution x-ray spectroscopy of a subpicosecond-laser-produced silicon plasma // Phys. Rev. A. 1995. Vol. 51, № 5. P. 3529-3533. Urnov A.M. et al. X-ray spectra of multiply-charged hollow ions in the emission from a femtosecond laser plasma // J. Exp. Theor. Phys. Lett. Nauka/Interperiodica, 1998. Vol. 67, № 7. P. 489-494.

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

Rio M.S. del et al. X-ray Reflectivity of Curved Alpha-Quartz Crystals // Phys. Scr. 2004. Vol. 69, № 4. P. 297-302.

Morace A., Batani D. Spherically bent crystal for X-ray imaging of laser produced plasmas // Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. A Accel. Spectrometers, Detect. Assoc. Equip. North-Holland, 2010. Vol. 623, № 2. P. 797-800.

Lavrinenko Y. et al. Reflectivity and imaging capabilities of spherically bent crystals studied by ray-tracing simulations // J. Phys. Conf. Ser. 2015. Vol. 653, № 1. P. 12027. Henke B.L., Gullikson E.M., Davis J.C. X-Ray Interactions: Photoabsorption, Scattering, Transmission, and Reflection at E = 50-30,000 eV, Z = 1-92 // At. Data Nucl. Data Tables. 1993. Vol. 54, № 2. P. 181-342.

CXRO X-Ray Interactions With Matter [Electronic resource]. URL: http://henke.lbl.gov/optical_constants/.

Scientific Cameras | CCD, EMCCD, sCMOS, ICCD, InGaAs | Andor [Electronic resource]. URL: http://www.andor.com/scientific-cameras.

Antonelli L. et al. Measurement of reflectivity of spherically bent crystals using Ka signal from hot electrons produced by laser-matter interaction // Rev. Sci. Instrum. 2015. Vol. 86, № 7. P. 73507.

Haugh M.J. et al. Measuring the x-ray resolving power of bent potassium acid phthalate diffraction crystals // Rev. Sci. Instrum. 2014. Vol. 85, № 11. P. 11D619. Matsushita T. et al. A simultaneous multiple angle-wavelength dispersive X-ray reflectometer using a bent-twisted polychromator crystal // J. Synchrotron Radiat. 2013. Vol. 20, № 1. P. 80-88.

Danson C.. et al. Vulcan Petawatt—an ultra-high-intensity interaction facility // Nucl.

Fusion. 2004. Vol. 44, № 12. P. S239-S246.

I. U. Частное сообщение. alpha-quartz reflectiviity curve. Austria.

Chung H.-K. et al. FLYCHK: Generalized population kinetics and spectral model for rapid

spectroscopic analysis for all elements // High Energy Density Phys. 2005. Vol. 1, № 1.

P. 3-12.

Chung H.K. et al. The How To For FLYCHK @ NIST. 2008.

Lanari P., Wagner T., Vidal O. A thermodynamic model for di-trioctahedral chlorite from experimental and natural data in the system MgO-FeO-Al2O3-SiO2-H2O: applications

to P-T sections and geothermometry // Contrib. to Mineral. Petrol. 2014. Vol. 167, № 2. P. 968.

57. Kyle J.R., Ketcham R.A. Application of high resolution X-ray computed tomography to mineral deposit origin, evaluation, and processing // Ore Geol. Rev. 2015. Vol. 65. P. 821839.

58. Beckers M. et al. Chemical Contrast in S oft X-Ray Ptychography // Phys. Rev. Lett. 2011. Vol. 107, № 20. P. 208101.

59. Klockenkämper R., Bohlen A. von. Total-reflection X-ray fluorescence analysis and related methods. 2014.

60. Zhang G.-F. et al. General Synthetic Approach toward Geminal-Substituted Tetraarylethene Fluorophores with Tunable Emission Properties: X-ray Crystallography, Aggregation-Induced Emission and Piezofluorochromism // Chem. Mater. 2014. Vol. 26, № 15. P. 4433-4446.

61. Purohit S. et al. Silicon drift detector based X-ray spectroscopy diagnostic system for the study of non-thermal electrons at Aditya tokamak // Rev. Sci. Instrum. 2014. Vol. 85, № 11. P. 11E419.

62. Brejnholt N. et al. Reflective multilayer optic as X-ray diagnostic on laserplasmaexperiment // LLNL-JRNL. 2014. P. 664311.

63. Cahill A.D. et al. Diagnosis of a two wire X-pinch by X-ray absorption spectroscopy utilizing a doubly curved ellipsoidal crystal. 2014. P. 134-137.

64. Chen H. et al. A high-resolution imaging x-ray crystal spectrometer for high energy density plasmas // Rev. Sci. Instrum. 2014. Vol. 85, № 11. P. 11E606.

65. Li D. et al. Silicon K-edge XANES spectra of silicate minerals // Phys. Chem. Miner. 1995. Vol. 22, № 2. P. 115-122.

66. Sammynaiken R. et al. Structure and electronic properties of SiO2/Si multilayer superlattices: Si K edge and L3,2 edge x-ray absorption fine structure study // J. Appl. Phys. 2002. Vol. 92, № 6. P. 3000-3006.

67. В.В. К.Д.И. and К. EXAFS И XANES СПЕКТРОСКОПИЯ. Москва, 2014. 120 p.

68. Mo S.-D., Ching W.Y. X-ray absorption near-edge structure in alpha-quartz and stishovite: Ab initio calculation with core-hole interaction // Appl. Phys. Lett. 2001. Vol. 78, № 24. P. 3809-3811.

69. Li D. et al. X-ray absorption spectroscopy of silicon dioxide (SiO 2) polymorphs; the structural characterization of opal // Am. Mineral. 1994. Vol. 79, № 7-8. P. 622-632.

70. Suga T. et al. X-ray Absorption Near Edge Structures of Silicon Nitride Thin Film by Pulsed Laser Deposition // Mater. Trans. 2004. Vol. 45, № 7. P. 2039-2041.

71. Kawai J. A Novel Method of X-Ray Absorption Spectroscopy using X-Ray Emission Spectroscopy // Journal-spectroscopical Soc. Japan. 1998. № 47. P. 161-168.

72. Cormier L. et al. The Silicon Environment in Silica Polymorphs, Aluminosilicate Crystals and Melts: An In Situ High Temperature XAS Study // AIP Conference Proceedings. AIP, 2007. Vol. 882. P. 416-418.

73. Dorchies F., Fedorov N., Lecherbourg L. Experimental station for laser-based picosecond time-resolved x-ray absorption near-edge spectroscopy // Rev. Sci. Instrum. 2015. Vol. 86, № 7. P. 73106.

74. Smolentsev G. et al. Pump-Flow-Probe X-ray Absorption Spectroscopy as a Tool for Studying Intermediate States of Photocatalytic Systems // J. Phys. Chem. C. 2013. Vol. 117, № 34. P. 17367-17375.

75. Seres E. S.C. Time Resolved Spectroscopy with Femtosecond X-Ray Pulses // Femtosecond-Scale Opt. - InTech. 2011.

76. Poolton N.R.J., Hamilton B., Evans D.A. Synchrotron-laser pump-probe luminescence spectroscopy: correlation of electronic defect states with x-ray absorption in wide-gap solids // J. Phys. D. Appl. Phys. 2005. Vol. 38, № 9. P. 1478-1484.

77. Duraud J.P. et al. Radiation effects in SiO2 under electronic excitation // Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. B Beam Interact. with Mater. Atoms. North-Holland, 1988. Vol. 32, № 1-4. P. 248-257.

78. Haugh M.J. et al. Calibrating image plate sensitivity in the 700 to 5000 eV spectral energy range // arget Diagnostics Physics and Engineering for Inertial Confinement Fusion II. -International Society for Optics and Photonics / ed. Bell P.M., Grim G.P. 2013. Vol. 8850. P. 885007.

79. Strickland D. M.G. Compression of amplified chirped optical pulses // Opt. Commun.

1985. Vol. 55, № 6. P. 447-449.

80. Moulton P.F. Spectroscopic and laser characteristics of Ti:Al_2O_3 // J. Opt. Soc. Am. B.

1986. Vol. 3, № 1. P. 125.

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

Danson C. et al. Petawatt class lasers worldwide // High Power Laser Sci. Eng. Cambridge University Press, 2015. Vol. 3. P. e3.

Lozhkarev V. V et al. Compact 0.56 Petawatt laser system based on optical parametric chirped pulse amplification in KD*P crystals // Laser Phys. Lett. 2007. Vol. 4, № 6. P. 421-427.

Mourou G. et al. Exawatt-Zettawatt pulse generation and applications // Opt. Commun. 2012. Vol. 285, № 5. P. 720-724.

Kiriyama H. et al. Ultra-Intense, High Spatio-Temporal Quality Petawatt-Class Laser System and Applications // Appl. Sci. 2013. Vol. 3, № 1. P. 214-250. Kiriyama H. et al. Generation of high-contrast and high-intensity laser pulses using an OPCPA preamplifier in a double CPA, Ti:sapphire laser system // Opt. Commun. North-Holland, 2009. Vol. 282, № 4. P. 625-628.

Kiriyama H. et al. Temporal contrast enhancement of petawatt-class laser pulses // Opt. Lett. Optical Society of America, 2012. Vol. 37, № 16. P. 3363.

Nishiuchi M. et al. Laser-driven multicharged heavy ion beam acceleration // spiedigitallibrary.org / ed. Korn G., Silva L.O. 2015. P. 95151D.

Nishiuchi M. et al. Acceleration of highly charged GeV Fe ions from a low-Z substrate by

intense femtosecond laser // Phys. Plasmas. 2015. Vol. 22, № 3. P. 33107.

Fukuda Y. et al. Relativistic laser plasma from micron-sized argon clusters as a debris-

free x-ray source for pulse x-ray diffraction // Appl. Phys. Lett. 2004. Vol. 85, № 21. P.

5099-5101.

Kiriyama H. et al. High-contrast, high-intensity petawatt-class laser and applications // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2015. Vol. 21, № 1. P. 232-249. Nishiuchi M. et al. High contrast high intensity petawatt J-KAREN-P laser facility at QST // Res. Using Extrem. Light Enter. New Front. with Petawatt-Class Lasers III. 2017. Vol. 10241. P. 102410N.

KPSI W. Kansai Photon Science Institute | High Intensity Lasers [Electronic resource]. 2017. URL: http://www.kansai.qst.go.jp/kpsi-en/facility-1.html.

Биберман Л., Воробьев В., Якубов И. Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы. 1982.

Lee Y.T. A model for ionization balance and L-shell spectroscopy of non-LTE plasmas //

J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 1987. Vol. 38, № 2. P. 131-145.

95. Prism Computational Sciences, Inc. [Electronic resource]. URL: http://www.pnsm-cs.com/.

96. FLYCHK [Electronic resource]. URL: http://nlte.nist.gov/FLY/.

97. Magee N.H. Los Alamos Opacities: Transition from LEDCOP to ATOMIC // AIP Conference Proceedings. AIP, 2004. Vol. 730. P. 168-179.

98. Hakel P. et al. The new Los Alamos opacity code ATOMIC // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. Pergamon, 2006. Vol. 99, № 1-3. P. 265-271.

99. Abdallah J.J., Clark R.E.H., Cowan R.D. Theoretical atomic physics code development I: CATS: Cowan Atomic Structure Code. Los Alamos, NM, 1988. 6647245 p.

100. Hansen S. et al. Hybrid atomic models for spectroscopic plasma diagnostics // Elsevier.

101. Hansen S.B. et al. Hot-electron influence on L -shell spectra of multicharged Kr ions generated in clusters irradiated by femtosecond laser pulses // Phys. Rev. E. 2002. Vol. 66, № 4. P. 46412.

102. Faenov A.Y. et al. High-Resolved X-ray Spectra of Hollow Atoms in a Femtosecond Laser-Produced Solid Plasma // Phys. Scr. 1999. Vol. T80, № B. P. 536.

103. Colgan J. et al. MUTA calculations of a laser-produced Mg hollow atom spectrum // Phys. Scr. 2008. Vol. 78, № 1. P. 15302.

104. Gauthier J.C. et al. Observation of KL-LL x-ray satellites of aluminum in femtosecond laser-produced plasmas // Phys. Rev. E. 1995. Vol. 52, № 3. P. 2963-2968.

105. Colgan J. et al. The role of hollow atoms in the spectra of an ultrashort-pulse-laser-driven Ar cluster target // Laser Part. Beams. 2008. Vol. 26, № 1.

106. Colgan J. et al. Non-LTE studies of boron plasma // J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 2010. Vol. 43, № 14. P. 144021.

107. Hoarty D.J. et al. High temperature, high density opacity measurements using short pulse lasers // J. Phys. Conf. Ser. IOP Publishing, 2010. Vol. 244, № 1. P. 12002.

108. Hoarty D.J. et al. Observations of the Effect of Ionization-Potential Depression in Hot Dense Plasma // Phys. Rev. Lett. American Physical Society, 2013. Vol. 110, № 26. P. 265003.

109. Bastiani-Ceccotti S. et al. Temporal and spectral behavior of sub-picosecond laser-created X-ray sources from low- to moderate-Z elements // High Energy Density Phys. 2010. Vol.

6, № 1. P. 99-104.

110. Fujioka S. et al. High-energy-density plasmas generation on GEKKO-LFEX laser facility for fast-ignition laser fusion studies and laboratory astrophysics // Plasma Phys. Control. Fusion. 2012. Vol. 54, № 12. P. 124042.

111. Урнов А.М. и др. Рентгеновские спектры многозарядных полых ионов, излучаемые фемтосекундной лазерной плазмой // ЖЭТФ. 1998. Vol. 67, № 7. P. 467.

112. Hoarty D.J. et al. Modelling K shell spectra from short pulse heated buried microdot targets // High Energy Density Phys. 2017. Vol. 23. P. 178-183.

113. Oks E. et al. Using X-ray spectroscopy of relativistic laser plasma interaction to reveal parametric decay instabilities: a modeling tool for astrophysics // Opt. Express. 2017. Vol. 25, № 3. P. 1958.

114. Nerush E.N. et al. Laser Field Absorption in Self-Generated Electron-Positron Pair Plasma // Phys. Rev. Lett. 2011. Vol. 106, № 3. P. 35001.

115. Rosmej F.B. et al. Charge-exchange-induced two-electron satellite transitions from autoionizing levels in dense plasmas // Phys. Rev. E. 2002. Vol. 66, № 5. P. 56402.

116. Rosmej F. et al. Inner-shell satellite transitions in dense short pulse plasmas // Elsevier.

117. Rosmej F.B. et al. Warm Dense Matter and Strongly Coupled Plasmas Created by Intense Heavy Ion Beams and XUV-Free Electron Laser: An Overview of Spectroscopic Methods // J. Phys. Conf. Ser. 2007. Vol. 72. P. 12007.

118. Fournier K. et al. Rydberg transitions in the spectra of near-neon-like Cu and Zn ions in different laser-produced plasmas: observations and modeling // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 2003. Vol. 81, № 1-4. P. 167-182.

119. Fournier K.B. et al. Influence of optical thickness and hot electrons on Rydberg spectra of Ne-like and F-like copper ions // Phys. Rev. E. 2003. Vol. 67, № 1. P. 16402.

120. Zhidkov A.G. et al. Pulse duration effect on the distribution of energetic particles produced by intense femtosecond laser pulses irradiating solids // Phys. Plasmas. 2001. Vol. 8, № 8. P. 3718-3723.

121. Abdallah Jr J. et al. Time-dependent study of K-shell satellite line structure from L-shell ions in ultra-short laser argon cluster experiments // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 2003. Vol. 81, № 1-4. P. 3-12.

122. Rosmej F.B., Lee R.W. Hollow ion emission driven by pulsed intense X-ray fields //

Europhys. Lett. 2007. Vol. 77, № 2. P. 24001.

123. Young L. et al. Femtosecond electronic response of atoms to ultra-intense X-rays // Nature. 2010. Vol. 466, № 7302. P. 56-61.

124. Vinko S.M. et al. Electronic Structure of an XUV Photogenerated Solid-Density Aluminum Plasma // Phys. Rev. Lett. 2010. Vol. 104, № 22. P. 225001.

125. Basov N.G. et al. Alternative approaches to the design of targets for a hybrid thermonuclear station // Quantum Electron. 1998. Vol. 28, № 4. P. 316-321.

126. Dolgoleva G. V., Lebo A.I., Lebo I.G. Simulation of a thermonuclear target drive at the 1 MJ laser energy level // Math. Model. Comput. Simulations. 2016. Vol. 8, № 4. P. 438445.

127. Andreev N.E., Gorbunov L.M., Tikhonchuk V.T. Physics of the plasma corona in the problem of laser controlled thermonuclear fusion // Quantum Electron. 1994. Vol. 24, № 9. P. 755-758.

128. Розанов В. и др. Возможная версия деградации сжатия термоядерных мишеней непрямого облучения на установке NIF и причина недостижения зажигания // ЖЭТФ. 2017. Vol. 151, № 1. P. 210-220.

129. Moses E.I. The National Ignition Facility (NIF): A path to fusion energy // Energy Convers. Manag. 2008. Vol. 49, № 7. P. 1795-1802.

130. Bryant R.M. et al. National Ignition Facility (NIF) Control Network Design and Analysis // arXiv Prepr. 2001.

131. I. M.E. Ignition on the national ignition facility // J. Phys. Conf. Ser. 2008. Vol. 112, № 1. P. 12003.

132. Waxer L. et al. High-Energy Petawatt Capability for the Omega Laser // Opt. Photonics News. 2005. Vol. 16, № 7. P. 30.

133. Amendt P., Turner R.E., Landen O.L. Hohlraum-Driven High-Convergence Implosion Experiments with Multiple Beam Cones on the Omega Laser Facility // Phys. Rev. Lett. 2002. Vol. 89, № 16. P. 165001.

134. Robey H.F. et al. High performance capsule implosions on the OMEGA Laser facility with rugby hohlraums // Phys. Plasmas. 2010. Vol. 17, № 5. P. 56313.

135. Fleurot N., Cavailler C., Bourgade J.L. The Laser Mégajoule (LMJ) Project dedicated to inertial confinement fusion: Development and construction status // Fusion Eng. Des.

2005. Vol. 74, № 1-4. P. 147-154.

136. André M.L. The French Megajoule Laser Project (LMJ) // Fusion Eng. Des. 1999. Vol. 44, № 1-4. P. 43-49.

137. Obenschain S.P. et al. The Nike KrF laser facility: Performance and initial target experiments // Phys. Plasmas. 1996. Vol. 3, № 5. P. 2098-2107.

138. Faenov A.Y.. et al. High-resolution x-ray spectroscopy of hollow atoms created in plasma heated by subpicosecond laser radiation // Proc. SPIE. 1997. Vol. 3175. P. 10-20.

139. Fukuda Y. et al. Energy Increase in Multi-MeV Ion Acceleration in the Interaction of a Short Pulse Laser with a Cluster-Gas Target // Phys. Rev. Lett. 2009. Vol. 103, № 16. P. 165002.

140. Colgan J. et al. Observation and modeling of high resolution spectral features of the innershell X-ray emission produced by 10-10 contrast femtosecond-pulse laser irradiation of argon clusters // High Energy Density Phys. 2011. Vol. 7, № 2. P. 77-83.

141. Zhidkov A. et al. Radiation Damping Effects on the Interaction of Ultraintense Laser Pulses with an Overdense Plasma // Phys. Rev. Lett. 2002. Vol. 88, № 18. P. 185002.

142. Zhidkov A., Sasaki A. Effect of field ionization on interaction of an intense subpicosecond laser pulse with foils // Phys. Plasmas. 2000. Vol. 7, № 5. P. 1341-1344.

143. Capdessus R., d'Humières E., Tikhonchuk V.T. Influence of Ion Mass on Laser-Energy Absorption and Synchrotron Radiation at Ultrahigh Laser Intensities // Phys. Rev. Lett. 2013. Vol. 110, № 21. P. 215003.

144. Vinko S. et al. Creation and diagnosis of a solid-density plasma with an X-ray free-electron laser // Nature. 2012. Vol. 428, № 7383. P. 59.

145. Stewart J., Journal K.P.J.-T.A., 1966 U. Lowering of ionization potentials in plasmas // Astrophys. J. 1966. Vol. 144. P. 1203.

146. Faenov A.Y. et al. Ultra-bright keV X-ray source generated by relativistic femtosecond laser pulse interaction with thin foils and its possible application for HEDS investigations // Laser Part. Beams. Cambridge University Press, 2017. Vol. 35, № 3. P. 450-457.