Управление свойствами плотной плазмы фемтосекундного лазерного импульса и инициирование низкоэнергетических ядерных процессов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, доктор физико-математических наук Савельев-Трофимов, Андрей Борисович

• Савельев-Трофимов, Андрей Борисович
• доктор физико-математических наук
• 2003

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Управление свойствами плотной плазмы фемтосекундного лазерного импульса и инициирование низкоэнергетических ядерных процессов»

Литература к введению 16

Часть I. Аппаратно-программный комплекс для моделирования и 20 диагностики высокотемпературной плазмы фемтосекундного лазерного импульса Глава 1. Взаимодействие фемтосекуодного лазерного импульса с 21 твердотельными мишенями: основные особенности и численное моделирование §1.1. Взаимодействие фемтосекундных лазерных импульсов с плотной 21 плазмой

1.1.1. Общая картина процессов, протекающих в плазме, формируемой 21 фемтосекундным лазерным импульсом субрелятивистской интенсивности

1.1.2. Бесстолкновителъное поглощение и генерация горячих электронов в 26 плазме фемтосекундного лазерного импульса: основные закономерности и особенности

1.1.3. Ускорение электронов и ионов в плазме фемтосекундного лазерного 29 импульса

§1.2. Численное моделирование плазмы фемтосекундного лазерного 35 импульса при умеренных интенсивностях

1.2.1. Одномерная двухтемпературная гидродинамическая модель с 35 нестационарной кинетикой ионизации и ограниченным тепловым потоком

1.2.2. Моделирование эволюции плазмы на наносекундном масштабе времен 46 Глава 2. Экспериментальная диагностика плазмы фемтосекундного 52 лазерного импульса §2.1. Измерение электронного спектра плазмы фемтосекундного 53 лазерного импульса

§2.2. Диагностика электронного компонента плазмы фемтосекундного 59 лазерного импульса по измерению рентгеновского излучения плазмы

2.2.1. Исследование теплового электронного компонента плазмы 59

2.2.2. Исследование горячего электронного компонента плазмы 68

2.2.3. Оценка средней энергии горячего электронного компонента плазмы 77 §2.3. Диагностика ионного тока плазмы фемтосекундного лазерного 90 импульса

2.3.1. Роль горячих электронов в ускорении ионов плазмы 90

2.3.2. Исследование зарядового состава ионного тока плазмы 98

2.3.3. Формирование ионного тока плазмы при наличии примесного слоя 109 на поверхности мишени

§2.5. Лазерные системы, использованные в экспериментах 122

§2.6. Система управления, контроля и автоматизации экспериментов по 125 взаимодействию фемтосекундных лазерных импульсов с плазмой Выводы к части I 128

Литература к части I 131

Часть II. Управление свойствами и инициирование 145 низкоэнергетических ядерных процессов в плазме фемтосекундного лазерного импульса Глава 3. Модификация поверхностного слоя мишени для управления 145 свойствами плазмы фемтосекундного лазерного импульса §3.1. Перегрев плазмы фемтосекундного лазерного импульса в 146 тонкопленочных мишенях

3.1.1. Численное моделирование взаимодействия фемтосекундного 147 лазерного импульса с тонкопленочными мишенями

3.1.2. Экспериментальное исследование перегрева углеродных 150 свободновисящих пленок под действием фемтосекундного лазерного импульса

3.1.3. Численное моделирование взаимодействия фемтосекундного 158 лазерного импульса со свободновисящими пленками тяжелых металлов

§3.2. Управление свойствами плазмы фемтосекундного лазерного 161 импульса в плотных мишенях с модифицированной поверхностью

3.2.1. Экспериментальное исследование взаимодействия фемтосекундного 163 лазерного импульса с высокопористым кремнием

3.2.2. Особенности взаимодействия с плотными 172 наноструктурированными мишенями

3.2.3. Генерация горячих электронов и быстрых ионов в лазерно- 178 модифицированных мишенях

§3.3. К возможности эффективной генерации нейтронов в плазме 191 фемтосекундного лазерного импульса с использованием модифицированных мишеней §3.4. Усиление локального поля в плазме фемтосекундного лазерного 195 импульса, сформированной на модифицированной поверхности мишени

3.4.1. Генерация поверхностных электромагнитных волн при 195 взаимодействии фемтосекундного лазерного импульса с плотной горячей плазмой

3.4.2. Возрастание локального поля при взаимодействии с синусоидально 197 модулированной поверхностью

3.3.3. Возрастание локального поля при взаимодействии со случайно- 201 неоднородной (пористой) поверхностью

Глава 4. Инициирование низкоэнергетических ядерных переходов в 206 плазме фемтосекундного лазерного импульса

§4.1. Возбуждение атомных ядер в горячей плотной плазме 208

§4.2. Экспериментальное наблюдение гамма-распада изомерного уровня 219 |81шТа

4.2.1. Формирование плазмы фемтосекундными лазерными импульсами 223

4.2.2. Формирование плазмы субпикосекундными лазерными импульсами 230

§4.3. Возбуждение низкоэнергетических ядерных переходов в плазме 235 фемтосекундного лазерного импульса

4.3.1. Особенности возбуэюдения низкоэнергетических уровней изотопов 235

4.3.2. Роль горячих электронов при возбуждении низкоэнергетических 241 ядерных уровней

4.3.3. Влияние динамики параметров плазмы на эффективность 244 фотовозбуждения низкоэнергетических ядерных уровней

§4.4. Применение эффекта возбуждения низкоэнергетических ядерных 248 уровней в плазме фемтосекундного лазерного импульса

4.4.1. Ускорение распада из изомерного ядерного состояния 248

4.4.2. Многоквантовое фотовозбуждение ядерных уровней 250

4.4.3. Блокировка внутренней конверсии 253

4.4.4. К возможности разделения изотопов за счет фотовозбуждения 262 низкоэнергетического изомерного ядерного уровня

Выводы к части II 267

Литература к части II 270

Заключение 286

Введение и постановка задачи исследований

Идея управляемого лазерного термоядерного синтеза (УЛТС), выдвинутая в начале 60-х Н.Г. Басовым и О.Н. Крохиным [1], определила ключевую роль сверхмощных лазерных систем в исследованиях по физике высокотемпературной плазмы и проблеме поведения вещества в экстремальном состоянии [2].

Последнее десятилетие 20-го века ознаменовалось бурным прогрессом в разработке и создании нового поколения твердотельных лазеров и лазерных систем, генерирующих импульсы фемтосекундной длительности (1 фс=10"15 с). Фемтосекундные лазерные системы, обладая »малой длительностью светового импульса (10-1000 фс), обеспечивают пиковую мощность вплоть до единиц ПВт (1 ПВт=1015 Вт) и при фокусировке лазерного излучения дают возможность получить огромную интенсивность в диапазоне 101 б— 1021 Вт/см2. Вопросы создания такого класса лазерных систем в различных спектральных диапазонах рассматривались в ряде работ [3,4, 5, 6, 7, 8].

Создание лазерных систем сверхсильного светового поля «настольного типа», генерирующих импульсы длительностью 100-1000 фс с энергией в единицы-сотни миллиджоулей в различных областях спектра дало возможность продвинуться в решении ряда задач, связанных с высокотемпературной лазерной плазмой, и открыло новые перспективы для нелинейной квантовой электродинамики, ядерной, физики и УЛТС, в создании принципиально нового поколения источников излучения сверхкороткой длительности в ВУФ, рентгеновском и гамма-диапазонах спектра [9, 10, 11, 12, 13]. Действительно, такое сверхинтенсивное излучение позволяет получать сверхсильное световое поле, недоступное для получения

16 2 другими способами в лабораторных условиях (при интенсивности />10 Вт/см напряженность светового поля превышает напряженность внутриатомного в атоме водорода £а>109 В/см). В режиме сверхсильного светового поля оказывается возможным изучать фундаментальные свойства вещества в сильно неравновесных, экстремальных состояниях, а также проводить ядерно-физические эксперименты с использованием корпускулярного и электромагнитного излучений из лазерной плазмы, создаваемой фемтосекундным лазерным импульсом (плазма ФШТ).

К 1990 году в МГУ им. М.В. Ломоносова под руководством С.А. Ахманова и В.М. Гордиенко были разработаны и созданы уникальные пико- и фемтосекундные лазерные системы, позволяющие получать высокоинтенсивное лазерное излучение

Ю12 -1016 Вт/см2) в УФ, видимом и ИК диапазонах. Стартовые лазеры этих систем построены на основе оригинальных методов генерации высокостабильных сверхкоротких импульсов длительностью ~ 10"псек в твердотельных лазерах с отрицательной обратной связью и двухступенчатым управлением добротностью резонатора [3, 4, 14]. Создание первой в СССР фемтосекундной лазерной системы сверхсильного светового поля позволило провести цикл исследований оптических, рентгеновских, корпускулярных и иных свойств высокотемпературной плазмы твердотельной плотности [15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27], легший в основу настоящей диссертации. Этот цикл исследований базировался на аппаратно-программном комплексе для исследования плазмы ФЛИ, описываемом в диссертации.

Появление нового инструмента исследований имеет революционное значение для физики, сравнимое с созданием импульсных источников энергии на основе ядерных реакций. Принципиальное отличие состоит, во-первых, в том, что гигантская концентрация энергии до 10й Дж/см3 обеспечивается в «микрообъеме» ~ 10"11 см3, а во-вторых, резко удешевляется стоимость экспериментальной базы. При объемной плотности энергии в 10й Дж/см3 энергия, передаваемая одному атому, составляет порядка 10 МэВ. Для сравнения: энергия, которую необходимо затратить на расщепление ядра на отдельные нуклоны, равна примерно произведению удельной энергии связи Еь на число нуклонов А, причем для большинства ядер Еь « 8 МэВ; а энергия отделения нуклона или протона находится в диапазоне 2-20 МэВ [28]. Максимальная эффективность действия лазерного излучения на мишень обеспечивается при энергетическом воздействии, способном вызвать возмущение состояния ядра за времена, когда материал мишени остается в твердотельном состоянии. В этом случае для типичного кванта лазерного излучения около 1 эВ, концентрация фотонов в см3 должна достигать значения 1028-1029 фот/см3 при темпе ввода более Ю40 фот/с-см3. Характерно, что при полной реакции 1 кг V" (р = 19,5 г/см ) выделяется энергия ~ 10 Дж/см и развиваются температуры, достигающие 108 К. Для абсолютно черного тела, имеющего температуру 108К интенсивность свечения имеет величину /= 5-1020 Вт/см2. Это соответствует возможностям современных лазерных систем петаваттного уровня мощности [7], которые способны обеспечить удельную концентрацию энергии ~ 1012 Дж/см3 в тонком плазменном слое [11].

Переход к импульсному лазерному излучению фемтосекундной длительности и субпетаваттной пиковой мощности является достаточным условием для ускорения электронов плазмы до энергий, необходимых для инициирования целого спектра ядерных процессов [29]: возбуждение ядерных уровней, термоядерные реакции, реакция деления и наработка нестабильных изотопов, генерация ультракоротких импульсов элементарных частиц и др.

Инициирование ядерных процессов в плазме ФЛИ происходит также при субрелятивистских или «умеренных» интенсивностях /А/ < 1017 Вт/см2, намного меньших так называемого релятивистского предела к =1КЯ2 «5,48-Ю18 Вт/см2мкм2 (Л — длина волны лазерного излучения), когда классическая осцилляторная энергия электрона во внешнем электромагнитном поле становится порядка его энергии покоя тес2 %511 кэВ. Это связано с формированием при интенсивности в 1016-1017 Вт/см2 плазмы с плотностью сильно ионизованных ионов близкой к плотности твердого тела и температурой электронов до 1000 эВ. Одновременно в такой плазме формируется и «горячий» электронный компонент со средней энергией электронов, пропорциональной интенсивности лазерного излучения и достигающей десятков кэВ при 1017 Вт/см2 [13].

Именно наличие, уже при умеренных интенсивностях, в плазме ФЛИ горячего электронного компонента позволило поставить вопрос о возможности инициирования в такой плазме ядерных процессов, имеющих низкий порог реакции или возбуждения, либо так называемых безпороговых ядерных процессов. Такие процессы в дальнейшем для краткости мы будем называть низкоэнергетическими ядерными процессами, и именно их рассмотрение является одной из ключевых задач настоящей диссертации. К числу таких процессов относится, в первую очередь, возбуждение ядерных уровней изотопов и изомеров с энергией менее 20 кэВ, а также различные термоядерные реакции. Следует отметить, что режим умеренных интенсивностей может оказаться оптимальным не только для экспериментальной регистрации низкоэнергетических ядерных процессов, но и для их последующего применения: переход в режим релятивистского взаимодействия, с одной стороны, резко увеличивает поток ядерного излучения различной природы из плазмы ФЛИ, существенно затрудняя тем самым экспериментальную регистрацию, а с другой, приводит к рассогласованию энергетического спектра «излучения накачки» (электроны, ионы, фотоны) с оптимальным для инициирования такого типа процессов спектром. Так, «оптимальная» для возбуждения низкоэнергетического ядерного перехода с энергией е„ температура горячего электронного компонента плазмы 7), может быть оценена, как Тн «1-3£„ [29], что при £■„= 1-20 кэВ как раз и соответствует умеренной интенсивности 1016—1017 Вт/см2.

Интерес исследователей к низкоэнергетическим ядерным процессам в лазерной плазме существует уже давно. Так, первый, хотя и неудачный, эксперимент по возбуждению низкоэнергетического состояния 1Р =1/2+ изотопа 235и с энергией 76,6 эВ и временем жизни 26 минут был проведен с использованием наносекундного СОг лазера в 1979 году [30]. В работах [31, 32] при облучении плотных дейтериевых мишеней лазерными импульсами длительностью т~10пс и 15 нс соответственно были зарегистрированы нейтроны, возникающие вследствие термоядерной безпороговой ОБ реакции. Однако, плазма ФЛИ, получаемая при той же интенсивности, обеспечивает значительно большие температуру и плотность электронов и ионов, чем плазма, создаваемая лазерными импульсами большей длительности. Кроме того, такой режим облучения, с нашей точки зрения, представляет существенный интерес для приложений в силу относительной доступности и эксплуатационной надежности лазерных установок такого класса.

Так же как и для задач УЛТС, для плазмы ФЛИ существенным оказывается определение диапазона значений основных параметров лазерного излучения для получения плазмы с оптимизированными характеристиками: предельной электронной температурой (в том числе с точки зрения генерации горячих электронов) и кратностью ионизации, максимальным потоком рентгеновского излучения в определенном спектральном интервале и др. Наиболее часто используется подход, связанный с оптимизацией параметров лазерного импульса и, в первую очередь, интенсивности излучения на мишени [33, 34, 35, 36]. Свойства мишени учитываются, в основном, с точки зрения ее атомного состава [35].

Как показано в настоящей диссертации, управление свойствами плазмы ФЛИ возможно при модификации структуры поверхности мишени [20, 37]: использовании решеток, лазерной модификации поверхности, либо формирования на поверхности наноструктурированного слоя. Это приводит к более эффективному разогреву плазмы, повышению температуры ионов и горячих электронов и, как следствие к эффективной генерации жесткого рентгеновского излучения и ускорению ионов — эффектам, которые могут быть эффективно использованы при инициировании низкоэнергетических ядерных процессов ФЛИ умеренной интенсивности.

Таким образом, актуальность работы определяется рядом обстоятельств. Во-первых, исследование процессов, протекающих при взаимодействии фемтосекундных лазерных импульсов с плазмой, с необходимостью предполагает развитие новых и адаптацию существующих методов и алгоритмов анализа плазмы (в том числе ее горячего электронного компонента), а также ее модельного описания. Во-вторых, существенное влияние на формирование плазмы ФЛИ оказывает структура и морфология поверхностного слоя мишени, что, в частности, может быть использовано для управления параметрами плазмы ФЛИ. В-третьих, совокупность уникальных параметров, характерная для плазмы ФЛИ, предполагает возможность инициирования в такой плазме целого спектра низкоэнергетических ядерных процессов. Для их исследования необходимо развитие как экспериментальных методик регистрации ядерных процессов в плазме, так и теоретических моделей, их описывающих.

Ключевые цели настоящей работы могут сформулированы следующим образом:

1. Создание аппаратно-программного комплекса для диагностики высокотемпературной плотной плазмы фемтосекундного лазерного импульса, в том числе методов характеризации горячего электронного компонента по различным его проявлениям от измерения спектра электронов до исследования генерации рентгеновского излучения и ионного спектра плазмы. Создание численной модели плазмы ФЛИ для исследования пространственно временной динамики плазмы, интерпретации и обработки результатов экспериментов;

2. Разработка методов управления свойствами плазмы ФЛИ за счет модификации свойств поверхностного слоя твердотельных мишеней: температурой тепловых и горячих электронов, зарядовым составом плазмы, светимостью в рентгеновском диапазоне спектра и другими;

3. Обнаружение возбуждения низкоэнергетических ядерных уровней в плазме ФЛИ при субрелятивистских интенсивностях и теоретическое исследование особенностей этого процесса в плазме ФЛИ.

Основные полоэюения, выносимые на защиту:

1. Созданный комплекс методик и алгоритмов позволяет проводить исследования горячего электронного компонента плазмы, создаваемой фемтосекундным лазерным импульсом интенсивностью в 5x1014-5x10 Вт/см и энергией менее I мДж, на основе измерения и анализа электронных, рентгеновских и ионных спектров плазмы;

2. Средняя энергия горячего электронного компонента в каждой экспериментальной реализации может быть получена по измерению выхода жесткого рентгеновского излучения из плазмы ФЛИ в двух спектральных интервалах;

3. Модификация свойств приповерхностного слоя мишени обеспечивает управление свойствами плазмы, создаваемой фемтосекундным лазерным импульсом интенсивностью порядка Ю16 Вт/см2, без изменения параметров лазерного излучения: температурой теплового и горячего электронного компонентов, эффективностью конверсии в рентгеновское излучение плазмы в диапазоне энергий квантов 0,1-0,5 кэВ и свыше 5 кэВ;

4. В плазме, создаваемой фемтосекундным лазерным импульсом интенсивностью порядка

1016 Вт/см2, реализуются условия, обеспечивающие возбуждение низкоэнергетических ядерных переходов с эффективностью, достаточной для экспериментальной регистрации эффекта по наблюдению гамма-распада этих уровней;

5. Основной вклад в возбуждение ядерных уровней с энергией свыше 1 кэВ в плазме ФЛИ вносит горячий электронный компонент плазмы. На процесс возбуждения и распада низкоэнергетических ядерных уровней в плазме ФЛИ существенное влияние оказывает динамика параметров плазмы;

6. Передний фронт ионного тока плазмы, образуемой фемтосекундным лазерным импульсом при воздействии на твердотельную мишень при вакууме до 10'5 Topp, формируется ионами водорода, углерода и кислорода, присутствующими в приповерхностном слое мишени. Эффективная очистка поверхности мишени к моменту формирования плазмы фемтосекундным лазерным импульсом может быть обеспечена • нагревом поверхности лазерным импульсом, опережающим фемтосекундный лазерный импульс менее, чем на 1 мс;

7. При давлении остаточного газа в камере взаимодействия 10'5 Topp расширение, остывание и рекомбинация плазмы ФЛИ при интенсивности

I (\ "У порядка 10lQ Вт/см приводят к формированию отрицательных ионов для атомов, имеющих энергию сродства к электрону свыше 0,1 эВ. Энергетический спектр отрицательных ионов совпадает с энергетическим спектром положительных однократно заряженных ионов того же элемента.

Научная новизна работы:

1. Предложен и реализован метод оценки в каждой экспериментальной реализации средней энергии горячих электронов плазмы, создаваемой фемтосекундным лазерным импульсом интенсивностью порядка 1016 Вт/см2, основанный на одновременном измерении энергии жесткого рентгеновского излучения в двух спектральных диапазонах.

2. Обнаружено формирование отрицательных высокоэнергетических ионов с энергией до 35 кэВ при расширении плазмы, создаваемой фемтосекундным

I / лазерным импульсом интенсивностью порядка 10 Вт/см .

3. Проведено измерение энергетического спектра электронов плазмы при интенсивности фемтосекундного лазерного импульса порядка 1016 Вт/см2 и подтверждено наличие двух электронных компонентов в такой плазме.

4. Показано, что при облучении сверхтонких свободновисящих углеродных пленок фемтосекундным лазерным импульсом интенсивностью порядка 5х1015 Вт/см2 происходит перегрев плазмы, смещение ионизационного равновесия и повышение эффективности генерации рентгеновского излучения в области «водяного окна» 2-4 нм.

5. Обнаружено, что использование высокопористого кремния (пористость свыше 5) в качестве мишени при воздействии фемтосекундного лазерного

Г л импульса интенсивностью свыше 10 Вт/см , позволяет существенно повысить среднюю энергию горячего электронного компонента и темп роста средней энергии с интенсивностью ФЛИ при неизменной полной энергии горячего электронного компонента, а так же увеличивает эффективность генерации жесткого рентгеновского излучения с энергией квантов свыше 5 кэВ.

6. Зарегистрирован гамма-распад низкоэнергетического изомерного уровня

1 ЯI стабильного изотопа Та (энергия возбуждения 6,238 кэВ, время жизни

6 мкс) при его возбуждении в плазме, создаваемой фемтосекундным лазерным импульсом интенсивностью 2х1016 Вт/см2.

7. В численном эксперименте обоснована определяющая роль горячего электронного компонента при возбуждении низкоэнергетических ядерных переходов в плазме, создаваемой фемтосекундным лазерным импульсом с

1Л "У интенсивностью свыше Ю10 Вт/см .

8. Определены условия, при которых возможен запрет распада низкоэнергетического ядерного состояния 20'Н^ с энергией 1,561 кэВ через процесс внутренней электронной конверсии при его возбуждении в плазме, создаваемой фемтосекундным лазерным импульсом интенсивностью порядка 1016 Вт/см2.

Практическая ценность работы определяется возможностью применения созданного аппаратно-программного комплекса в целом и развитых экспериментальных методов исследования по отдельности, для исследования лазерной плазмы и при создании перспективных фемтотехнологий. Наиболее существенным представляется в этой связи возможность использования оригинального метода оценки средней энергии горячего электронного компонента при экспресс -диагностике и контроле экспериментов по взаимодействию ФЛИ с плазмой.

Стремительное развитие фемтосекундных лазерных технологий и создание фемтосекундных систем настольного типа с частотой повторения до нескольких кГц и интенсивностью сфокусированного пучка до 1017 Вт/см2 позволяет рассматривать полученные результаты как основу для практического применения эффекта возбуждения низкоэнергетических ядерных уровней в плазме.

Развитые методы и подходы имеют широкий спектр применений в таких областях как физика плазмы и ядерная физика, в том числе для решения следующих задач, носящих прикладной и фундаментальный характер:

• диагностика плотной горячей лазерной плазмы;

• создание квазимонохроматических и широкополосных источников рентгеновского излучения пикосекундной длительности;

• создание квазимонохроматических источников корпускулярного излучения пикосекундной длительности - протонов, нейтронов, а-частиц и т.п.;

• диагностика и спектроскопия низкоэнергетических ядерных уровней стабильных изотопов и близко расположенных ядерных уровней метастабильных изомерных состояний;

• исследование процессов внутренней конверсии и иных каналов распада в сильно ионизованных атомах;

• возбуждение и распад метастабильных ядерных уровней при низкоэнергетическом возбуждении, как способ получения положительного энергетического выхода или создания инверсии населенности на ядерных переходах.

• разделение изотопов, обладающих низкоэнергетическими ядерными уровнями.

Диссертация состоит из введения, двух частей (в составе четырех глав) и заключения. Работа изложена на 292 страницах, включает 108 рисунков, 10 таблиц и списки литературы (по частям, общее число ссылок 404, включая пересекающиеся).

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Савельев-Трофимов, Андрей Борисович

Выводы к части I

1. Создан ряд программных пакетов, позволяющий проводить численное моделирование одномерной пространственно-временной динамики формирования и разлета плазмы при воздействии на нее ФЛИ интенсивностью от 1014 до

17 ^

10 Вт/см и длительностью до 1000 фс, в том числе при наличии предым-пульса. Эти пакеты использованы при анализе данных, получаемых в экспериментах по оптической, рентгеновской и ионной диагностике плазмы.

2. Показано, что расчет кинетики ионизации и рекомбинации разлета горячей плотной плазмы с начальными температурой свыше 100 эВ и плотностью, близкой к твердотельной, должен проводиться с учетом связно-связанных электронных переходов. Число возбужденных уровней, которые необходимо учитывать при таком расчете изменяется от 3 до 10 в зависимости от плотности и температуры плазмы, а также ее атомарного состава.

3. Проведены измерения выхода мягкого рентгеновского излучения из плазмы ФЛИ для мишеней с различным атомным номером (В4С, Ее, Та) и показано, что при воздействии ФЛИ с интенсивностью свыше 1015 Вт/см2 (А,=308 нм, т«400 фс) формируется горячая плотная плазма с температурой свыше 100 эВ, время жизни которой не превышает 3-5 пс. При этом для легких мишеней (В4С) основная часть энергии рентгеновского спектра заключена в линейчатом излучении водородо- и гелиоподобных ионов при эффективности конверсии до 1 %.

4. Создан аппаратно-диагностический комплекс, позволяющий проводить ха-рактеризацию горячего электронного компонента на основе индуцируемых им процессов: регистрации электронов, ионов и рентгеновского излучения плазмы:

4.1. Зарегистрирован энергетический спектр электронов плазмы ФЛИ и подтверждено, что он состоит из двух компонентов, каждый из которых может быть аппроксимирован максвелловским распределением с температурой в 250 эВ и 4 кэВ соответственно (при 2х1016 Вт/см2, Х=616 нм, т=200 фс);

4.2. Показано, что эффективность преобразования в жесткое рентгеновское излучение в плазме ФЛИ (энергия квантов свыше 3 кэВ) пропорциональна атомному номеру мишени А3/2 вне зависимости от спектрального интервала регистрации в диапазоне 3-100 кэВ и достигает 1 О*5 при интенсивности 2х1016 Вт/см2;

4.3. Предложен и реализован метод оценки средней энергии горячего электронного компонента в одном лазерном импульсе, основанный на одновременной регистрации энергии рентгеновского излучения в двух спектральных интервалах. С помощью этого метода прослежено изменение средней энергии горячего электронного компонента при изменении параметров ФЛИ (/ ~ 5х1015-4х1016 Вт/см2, Х=532, 616, 1064 нм, т=0,2 и 1 пс). Темп роста средней энергии горячих электронов с интенсивностью ФЛИ для мишени составляет £ь~/>,7±0,1 при высоком контрасте (>104 по интенсивности) и длительности импульса 200 фс и £^~/°,3±0,1 при плохом контрасте (хуже 100 по интенсивности) импульса длительностью 200 фс или длительности импульса I пс. Показано, что средняя энергия горячего электронного компонента не зависит от атомного номера и материала мишени при изменении атомного номера от 13 (А1) до 81 (Нд), а эффективность конверсии в горячий электронный компонент

I ру растет как А ; оценена эффективность конверсии энергии-лазерного импульса в энергию горячего электронного компонента в 0,1-5%. Предложена модификация метода, позволяющая использовать его при релятивистских интенсивностях ФЛИ;

4.4. Реализованы алгоритмы для анализа энергетического, зарядового и атомарного спектров ионов плазмы ФЛИ, позволяющие оценивать по одной экспериментальной реализации температуру и относительную концентрацию теплового и горячего электронного компонентов, средний заряд плазмы и другие параметры при интенсивности ФЛИ свыше 1014 Вт/см2 с точностью лучше 50%. Так при /~ 2х1016 Вт/см2 для плазмы получено, что кратность ионизации составляет 2-10, температура тепловых электронов Ге~500 эВ, а относительная концентрация горячих и тепловых электронов ^~100.

4.5. Показано совпадение оценок средней энергии горячих электронов, полученных по измерению электронного, ионного и рентгеновского спектров плазмы, составляющих еь~7±2 кэВ при 2х1016 Вт/см2, т~200 фс, А,=616 нм (мишень Б1);

4.6. Выявлено, что передний фронт ионного тока плазмы ФЛИ (по нормали к поверхности мишени), образуемой при воздействии на твердотельную мишень (Si, Ti) в вакууме до 10"5 Topp, формируется преимущественно ионами водорода (а также углерода и кислорода), распространяющимися со скоростью до 2x108 см/с. Средняя энергия ионов водорода составляет 9 кэВ при 2х1016 Вт/см2, а максимальная энергия достигает 35 кэВ. Средняя энергия ионов кремния при этом не превышает 3 кэВ/нуклон, при том, что максимальная энергия достигает 70 кэВ для ионов Si3+. При этом ионный ток плазмы ФЛИ вдоль поверхности ми

1 (\ "У шени (Si, 2x10 Вт/см ) не содержит быстрых ионов, а скорость расширения плазмы в этом направлении составляет ЗхЮ7 см/с;

4.7. Использование «греющего предымпульса» наносекундной длительности с плотностью энергии менее 10 Дж/см , имеющего регулируемое опережение от 100 мкс до 100 мс относительно фемтосекундного лазерного излучения, позволяет управлять количеством лазерно-индуцированных протонов высокой энергии и эффективно очищать поверхность мишени за счет удаления с поверхности мишени молекул, содержащих водород, углерод и кислород. В отличие от непрерывного теплового нагрева поверхности лазерная импульсная очистка обеспечивает большие температуры нагрева и может эффективно применяться для любых твердотельных мишеней.

5. Обнаружено, что разлет плазмы ФЛИ, включающей атомы с энергией сродства к электрону порядка 0,1-2 эВ, сопровождается формированием высокоэнергетических отрицательных ионов этих элементов. Средняя энергия ионов Н\ С", О* и Si", формирующихся при облучении мишени Si ФЛИ с 2x1016 Вт/см2, составляет 7-9 кэВ, а максимальная энергия достигает 35 кэВ. Формирование отрицательных ионов связано с рекомбинацией в разлетающейся плазме за счет наличия остаточного газа в камере взаимодействия, в то время как их энергия определяется разлетом плазмы ФЛИ. На примере кремниевой мишени показана корреляция энергетического спектра отрицательных ионов Н, Si, О и С с энергетическим спектром положительных однократно заряженных ионов с тем же атомным номером;

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Савельев-Трофимов, Андрей Борисович, 2003 год

1.Г., Крохин О.Н. «Условия разогрева плазмы излучением оптического квантового генератора», ЖЭТФ, 46 171-175 (1964).

2. Басов Н.Г., Захаренков Ю.А., Рупасов A.A., Склизков Г.В., Шиканов A.C., Диагностика плотной плазмы, под. ред. Н.Г.Басова, М.: Наука, гл. ред. физ.-мат. лит., 1989, 368с.

3. Виноградов A.B., Шляпцев В.Н. «Ионизация и разлет многозарядной плазмы», Квантовая электроника, 10 509-513 (1983).

4. Держиев В.И., Жидков А.Г., Яковленко С.И. Излучение ионов в неравновесной плотной плазме, М.:Наука, 1986.

5. Gibbon Р., Forster R. «Short-pulse laser plasma interactions», Plasma Physics Control.

6. Fusion, 38 769-794 (1996).

7. Келдыш JI.В. «Ионизация в поле сильной электромагнитной волны», ЖЭТФ, 471945-1966(1964).

8. Спитцер Л. Физика полностью ионизованного газа, М.: Мир, 1965.

9. Виноградов A.B., Шляпцев В.Н. «Характеристики лазерно-плазменного рентгеновского источника», Квантовая электроника, 14 5-26 (1987).

10. Platonenko V.T. «High-temperature near-surface plasma produced by ultrashort laser pulses», Laser Physics, 2 852-871 (1992).

11. Андреев A.A., Мак A.A., Яшин В.Е. «Генерация и применение сверхсильных световых полей», Квантовая электроника, 24 99-113 (1997).

12. Gamaly E.G. «Ultrashort powerful laser matter interaction: physical problems, models and computation», Laser and Particle Beams, 12 185-208 (1994).

13. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме, М.: Наука, 1967.

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

15. Rosen M.D. «Scaling laws for femtosecond laser plasma interactions», SPIE Proc. 1229, 160-169 (1990).

16. Вайнштейн Л.А., Собельман И.И, Юков Е.А. Возбуждение атомов и уширение спектральных линий, М,: Наука, 1979.

17. Вайнштейн Л.А., Шевелько В.П. Структура и характеристики ионов в горячей плазме, М.: Наука, 1986.

18. Гуревич А.В., Парийская Л.В., Питаевский Л.П. «Автомодельное движение разреженной плазмы», ЖЭТФ, 49 647-653 (1965).

19. Nam С.Н., Tighe W., Valeo E., Suckewer S. «The effect of prepulse on x-ray laser development using a powerful subpicosecond KrF laser», Appl. Phys. B, 50 275-285 (1990).

20. Cobble J.A., Schappert G.T., Jones L.A. et al «The interaction of a high irradiance sub-picosecond laser pulse with aluminum: the effect of the prepulse on x-ray production», J. Appl. Phys., 69 3369-3371 (1991).

21. Meyerhofer D.D., Chen H., Delettrez J.A. et al «Resonance absorption in high-intensity contrast, picosecond laser-plasma interactions», Phys. Fluids B, 5 2584-2588 (1993).

22. Andreev N.E., Fortov F.E., Kostin V.V., Veisman M.E. «Heating of the solid targets by ultrashort intense laser pulses», SPIE Proc., 2770 115-125 (1990).

23. Андреев A.A., Запысов А.И., Чарухчев A.B., Яшин В.Е. «Генерация рентгеновского излучения и быстрых частиц высокоинтенсивными лазерными импульсами», Известия АН, серия физическая, 63 1237-1252 (1999); УФН, 169 72-78 (1999).

24. Brunei F. «Not-so-resonant, resonant absorption», Phys. Rev. Lett., 59 52-55 (1987).

25. Gibbon P., Bell A.R. «Collisionless absorption in sharp-edged plasmas», Phys. Rev. Lett., 68 1535-1538 (1992).

26. Варанавичюс А., Власов T.B., Волков P.B. и др. «Зависимость выхода жесткого рентгеновского излучения из плотной плазмы от длины волны греющего сверхкороткого лазерного импульса», Квантовая электроника, 30 523-528 (2000).

27. McCall G.H., Young F., Ehler A.W. et al «Neutron emission from laser-produced plasmas», Phys. Rev. Lett., 30 1116-1118 (1973).

28. Басов Н.Г., Бойко B.A., Захаров C.M. и др. «О механизмах генерации нейтронов в лазерной плазме», Письма ЖЭТФ, 18 314-318 (1973).

29. Андреев Н.Е., Захаренков Ю.А., Зорев Н.Н. и др. «Быстрые ионы в лазерной плазме», ЖЭТФ, 76 976-990 (1979).

30. Gitomer S., Jones R.D., Begay F. et al «Fast ions and hot electrons in the laser-plasmainteraction», Phys. Fluids, 29 2679-2688 (1986).

31. Wickens L.M., Allen J.E., Rumsby P.T. «Ion emission from laser-produced plasmas with two electron temperatures», Phys. Rev. Lett., 41 243-246 (1978).

32. Young P.E., Guethlein G., Wilks S.C. et al «Fast ion production by laser filamentation in laser-produced plasmas», Phys. Rev. Lett., 76 3128-3131 (1996).

33. Андреев A.A., Баянов В.И., Ваньков А.Б. и др. «Поглощение лазерного УКИ, генерация рентгеновского излучения и быстрых частиц горячей плотной плазмой», Квантовая электроника, 23 907-910 (1996).

34. Волков Р.В., Голишников В.М., Гордиенко В.М. и др. «Генерация горячих частиц в фемтосекундной лазерно плазме с использованием твердотельных .модифицированных мишеней», Квантовая электроника, 31 241-246 (2001).

35. Fews А.Р., Norreys P.A., Beg F.N. et al «Plasma ion emission from high intensity picosecond laser pulse interactions with solid targets», Phys. Rev. Lett., 73 1801-1804 (1994).

36. Clark E.L., Krushelnik K., Zepf M. et al «Energetic heavy-ion and proton generation from ultraintense laser-plasma interactions with solids», Phys. Rev. Lett., 85 1654-1657 (2000).

37. Schnurer M., Kalashnikov M.P., Nickles P.V. et al «Hard x-ray emission from intense short pulse laser plasmas», Phys. Plasmas, 2 3106-3110 (1995).

38. Wharton K.B., Hatchett S.P., Wilks S.C. et al «Experimental measurements of hot electrons generated* by ultraintense (>1019W/cm2) laser-plasma interactions on solid-density targets», Phys. Rev. Lett., 81 822-825 (1998).

39. Hatchett S.P., Brown C.G., Cowan Т.Е. et al «Electron, photon, and ion beams from the relativistic interaction of petawatt laser pulses with solid targets», Phys. Plasmas, 7 2076-2082 (2000).

40. Kruer W.L., Estabrook K. «JxB heating by very intense laser light», Phys.Fluids, 28 430-432 (1985).

41. Wilks S.C., Kruer W.L., Tabak M., Langdon A.B. «Absorption of ultra-intense laser pulses», Phys. Rev. Lett., 69 1383-1386 (1992).

42. Yu W., Yu. M.Y., Sheng Z.M., Zhang J. «Model for fast electrons in ultrashort-pulse laser interaction with solid targets», Phys. Rev E, 58 2456-2460 (1998).

43. Ruhl H., Sentoku Y., Mima K. et al «Collimated Electron Jets by Intense Laser-Beam-Plasma Surface Interaction under Oblique Incidence», Phys. Rev. Lett., 82 743-7461999).

44. Cowan Т.Е., Hunt A.W., Phillips T.W. et al «Photonuclear fission from high energy electrons from ultraintense laser-solid interactions», Phys. Rev. Lett., 84 903-9062000).

45. Borisov A.B., Borovskiy A.V., Shirayev O.B. et al «Relativistic and charge-displacement self-channeling of intense ultrashort laser pulses in plasmas», Phys. Rev. A, 45 5830-5845 (1992).

46. Pukhov A., Meyer-ter-Vehn J. «Relativistic laser-plasma interaction by multidimensional particle-in-cell simulations», Phys. Plasmas, 5 1880-1886 (1998).

47. Borghesi M., MacKinnon A.J., Bell A.R. et al «Megagauss magnetic field generation and plasma jet formation on solid targets irradiated by an ultraintense picosecond laser pulse», Phys. Rev. Lett., 81 112-115 (1998).

48. Tajima T., Dawson J.M. «Laser electron accelerator», Phys. Rev. Lett., 43 267—270 (1979).

49. Esarey E., Sprangle P., Ting A. «Overview of plasma-based accelerator concepts», IEEE Transactions Plasma Science, 24 252-288 (1996).

50. Андреев H.E., Горбунов JI.M. «Лазерно-плазменное ускорение электронов», УФН, 169 53-58 (1999).

51. Sarkisov G.S., Bychenkov V.Yu., Novikov V.N. et al «Self-focusing, channel formation, and high-energy ion generation in interaction of an intense short laser pulse with a He jet», Phys. Rev. E, 59 7042-7054 (1999).

52. Gahn C., Tsakiris G.D., Meyer-ter-Vern J. et al «Multi-MeV electron beam generation by direct laser acceleration in high-density plasma channels», Phys. Rev. Lett., 83 4772-4775 (1999).

53. Amiranoff F., Baton S., Bernard D. et al «Observation of laser wakefield acceleration of electrons», Phys. Rev. Lett., 81 995-998 (1998).

54. Malka V., Faure J., Marqués J.R. et al «Characterization of electron beams produced by ultrashort (30 fs) laser pulses», Phys. Plasmas, 8 2605-2608 (2001).

55. Malka G., Fuchs J., Amiranoff F. et al «Suprathermal electron generation and channel formation by an ultrarelativistic laser pulse in an underdense preformed plasma», Phys. Rev. Lett., 79 2053-2056 (1997).

56. Guilietti D., Galimberti M., Gulietti A. et al «High-energy electron beam production by femtosecond laser interactions with exploding-foil plasmas», Phys. Rev. E, 64015402(R) (2001).

57. Pukhov A., Meyer-ter-Vern J. «Laser hole boring into overdense plasma and relativistic electron currents for fast ignition of ICF targets», Phys. Rev. Lett., 79 2686-2689 (1997).

58. Pukhov A., Sheng Z.-M., Meyer-ter-Vern J. «Particle acceleration in relativistic laser channels», Phys. Plasmas, 6 2847-2854 (1999).

59. Pukhov A., Meyer-ter-Vehn J. «Physics of short pulse laser plasma interaction by multidimensional particle-in-cell simulations», Laser and Particle Beams, 17 571-5781999).

60. Witte K., Gahn C., Meyer-ter-Vehn J. et al «Physics of ultra-intense laser-plasma interaction», Plasma Phys. Control. Fusion, 41 B221-B230 (1999).

61. Yu W., Bychenkov V., Sentoku Y. et al «Electron acceleration by a short relativistic laser pulse at the front of solid targets», Phys. Rev. Lett., 85 570-573 (2000).

62. Wilks S.C., Langdon A.B., Cowan Т.Е. et al «Energetic proton generation in ultraintense laser-solid interactions», Phys. Plasmas, 8 542-549 (2001).

63. Santos J.J., Amiranoff F., Baton S.D. et al «Fast electron transport in ultraintense laser pulse interaction with solid targets by rear-side self-radiation diagnostics», Phys. Rev. Lett., 89 025001 (2002).

64. Tatarakis M., Lee P., Davies J.R. et al «Plasma formation on the front and rear of plastic targets due to high-intensity laser-generated fast electrons», Phys. Rev. Lett., 81 999-1002(1998).

65. Kmetec J.D., Gordon C.L., Macklin J.J. et al «MeV x-ray generation with a femtosecond laser», Phys. Rev. Lett., 68 1527-1530 (1992).

66. Perry M.D., Sefcick J.A., Cowan T. et al «Hard x-ray production from high intensity laser solid interactions», Rev. Sci. Instrum., 70 265-269 (1999).

67. Maksimchuk A., Gu S., Flippo K., Umstadter D. «Forward ion acceleration in thin films driven by a high-intensity laser», Phys. Rev. Lett., 84 4108-4111 (2000).

68. Snavely R.A., Key M.H., Hatchett S.P. «Intense high-energy proton beams from petawatt-laser irradiation of solids», Phys. Rev. Lett., 85 2945-2948 (2000).

69. Clark E.L., Krushelnik K., Davies J.R. et al «Measurements of energetic proton transport through magnetized plasma from intense laser interactions with solids», Phys. Rev. Lett., 84 670-673 (2000).

70. Nemoto K., Maksimchuk A., Banerjee S. et al «Laser-triggered ion acceleration and table top isotope production», Appl. Phys. Lett., 78 595-597 (2001).

71. Басов Н.Г., Вергунова Г.А., Волосевич П.П. и др. «О преобразовании лазерного излучения в собственное тепловое излучение плазмы», Квантовая электроника, 14 1887-1893 (1987).

72. Афанасьев Ю.В., Демченко Н.Н., Крохин О.Н., Розанов В.Б. «Поглощение и отражение лазерного излучения разлетающейся высокотемпературной плазмы», ЖЭТФ, 72 170-179 (1977).

73. Колчин B.B., Платоненко B.T. «Генерация субпикосекундных рентгеновских импульсов в горячей твердотельной плазме», Квантовая электроника, 18 280—281 (1991).

74. Афанасьев Ю.В., Гамалий Е.Г., Розанов В.Б. «Основные уравнения динамики и кинетики лазерной плазмы», Труды ФИАН, 134 (1982).

75. Colombat D.G., Whitney K.G., Tidman D.A. et al «Laser target model», Phys. Fluids, 18 1687-1697(1975).

76. Басов H. Г., Вегрунова Г. А., Волосевич П.П., Самарский А.А. «О преобразовании лазерного излучения в собственное тепловое излучение плазмы», Квантовая электроника, 14 1887-1893 (1987).

77. Силин В.П. «Поглощение излучения турбулентной плазмой», УФН, 145 225-253 (1985).

78. Rickard G.J., Bell A.R. «2D Fokker-Plank simulations of short pulse laser-plasma interactions», Phys. Rev. Lett., 62 2687-2690 (1989).

79. Town R.P.J., Bell A.R. «Fokker-Plank calculations with ionization dynamics of short-pulse laser-solid interactions», Phys. Rev. Let., 74 924-927 (1995).

80. Борн M., Вольф Э. Основы оптики, M.: Наука, 1970.

81. Milchberg H.M., Lyubomirsky I., Durfee C.G., III «Factors controlling the x-ray pulse emission from an intense femtosecond laser-heated solid», Phys. Rev. Lett., 67 2654-2657(1991).

82. Milchberg H.M., Freeman R.R. «Light absorption in ultrashort scale length plasmas», J. Opt. Soc. Amer. B, 6 1351-1355 (1989).

83. Fedosejevs R., Ottmann R., Sigel R., Kuhnle G. et al «Absorption of subpicosecond ultraviolet laser pulses in high-density plasma», Appl. Phys. B, 50 79-99 (1990).

84. Alaterre P., Pepin H., Fabbro R;, Faral B. «X-ray conversion efficiency as a function of atomic number for 0,26 fim laser irradiated targets», Phys.Rev. A, 34 4184—4194 (1986).

85. Kolchin V.V., Platonenko V.T. «Subpicosecond X-ray emission from a near-surface laser-produced plasma », Laser Physics, 3 849-854 (1993).

86. Guilietti D., Gizzi L.A. «X-ray emission from laser produced plasmas», La Rivista del Nuovo Cimento, 21 1-93 (1998).

87. Liu X., Umstadter D. «Competition between ponderomotive and thermal forces in short-scale length laser plasma», Phys. Rev. Lett., 69 1935-1938 (1992).

88. Kalashnikov M.P., Nickles P.V., Schlegel Th. et al «Dynamics of laser plasma interaction at 1018 W/cm2 », Phys. Rev. Lett., 73 260-263 (1994).

89. Zepf M., Castro-Colin M., Chambers D. et al «Measurement of the hole boring velocity from Doppler shifted harmonic emission from solid targets», Phys. Plasmas, 3 32423244 (1996).

90. Kodama R., Takahashi K., Tanaka K.A., Kato Y. «Measurements of laser-hole boring into overdense plasmas using x-ray laser refractometry», Rev. Scientific Instrum., 70 543-548(1999).

91. Chutko O.V., Andreev A.V., Gordienko V.M. et al «Decay of low-energy nuclear levels in femtosecond laser plasma: the effect of the charge state on the probability of decay via internal electron conversion», Laser Physics, 13 190-194 (2003).

92. Chen K.R, Leboeuf J.N, Geohegan D.B. «Theory and numerical modeling of the accelerated expansion of laser-ablated materials near a solid surface», Phys. Rev. B, 608373-8382(1999).

93. Le H.C, Sentis M. «Modeling of gas dynamics for laser-generated plasma: Propagation into low-pressure gases», Phys. Rev. E, 62 4152-4161 (2000).

94. Wood R.F, Leboeuf J.N, Chen K.R. «Dynamics of plume propagation and splitting during pulsed-laser ablation of Si in He and Ar», Phys. Rev. B, 58 1533-1543 (1998).

95. Биберман JI.M, Воробьев В.С, Якубов И.Т. «Кинетика ударно-радиационной ионизации и рекомбинации», УФН, 107 353-442 (1972).

96. Ethier S, Matte J.P. «Electron kinetic simulations of solid density Al plasmas produced by intense subpicosecond laser pulses. I. Ionization dynamics in 30 femtosecond pulses», Phys. Plasmas, 8 1650-1658 (2001).

97. Kitae Lee, Dong-Eon Kim «Effect of excited states on the ionization balance in plasmas via the enhancement of ionization and recombination rate coefficients», Phys. Rev. E, 60 2224-2230 (1999).

98. Керков H., Марьин Б.В., Петухов В.П. «Импульсный метод определения эффективности . каналовых электронных умножителей», Приборы и техника эксперимента, №1, 89-92 (1996).

99. Волков Р.В., Гордиенко В.М., Лачко И.М. и др. «Генерация высокоэнергетичных отрицательных ионов водорода при взаимодействии сверхинтенсивного фемтосе-кундного лазерного излучения с твердыми мишенями», Письма ЖЭТФ, 76 171— 175 (2002).

100. Teubner U., Missala Т., Uschmann I. et al «X-ray spectra from highly ionized dense plasmas produced by ultrashort laser pulses», Appl. Phys., B62 213-220 (1996).

101. Арцимович В.Л., Гапонов C.B., Касьянов Ю.С. и др. «Формирование направленного интенсивного ВУФ излучения из лазерной плазмы», Письма ЖЭТФ, 46, 311-314(1987).

102. Ахманов С.А., Баянов И.М., Гапонов С.В. и др. «Фокусировка пикосекундных рентгеновских импульсов до плотности мощности свыше 1 ГВ/см2», Известия АН СССР, сер. физическая, 56 112-122 (1992).

103. Murnane М.М., Kapteyn Н.С., Falcone R.W. «Х-ray streak camera with 2 ps response», Appl. Phys. Lett., 56 1948-1950 (1990).

104. Ахманов С.А., Баянов И.М., Гордиенко B.M. и др. «Генерация пикосекундных рентгеновских импульсов в плотной плазме, создаваемой мощными фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны 308 нм», Квантовая электроника, 18 278-279 (1991).

105. Джиджоев М.С., Краюшкин С.В., Корженевич И.М. и др. «Определение временного разрешения электронно-оптической камеры АГАТ-ВУФ с помощью ультракороткого рентгеновского импульса», Приборы и техника эксперимента, №2, 197-200(1992).

106. Джиджоев М.С., Платоненко В.Т., Савельев А.Б., Слободчиков Е.В. «Внеосевое усиление сверхкоротких дифракционно-ограниченных УФ импульсов в эксимерном электроразрядном ХеС1 лазере», Квантовая электроника, 20 159—162 (1993).

107. Murnane М., Kapteyn Н., Falcone R. «High density plasmas produced by ultrafast laser pulses», Phys. Rev. Lett., 62 155-158 (1989).

108. Henke B.L., Knaver J.P., Premarante K. «The characterization of x-ray photocathodes in the 0,1-1 keV photon energy region», J. Appl. Phys., 52 1509-1520 (1981).

109. Волков P.B., Гордиенко B.M., Джиджоев M.C. и др. «Управление свойствами и диагностика фемтосекундной плазмы с использованием модифицированных мишеней», Квантовая электроника, 24 1114-1126 (1997).

110. Gordienko V.M., Lachko I.M., Mikheev P.M. et al «Experimental characterization of hot electrons production under femtosecond laser plasma interaction at moderate intensities », Plasma Phys. Control. Fusion, 44 2555-2568 (2002).

111. Gavrilov S.A., Golishnikov D.M., Gordienko V.M. et al «Hard X-ray production from femtosecond plasma induced in cluster-like solids», Proc. SPIE, 4070 206-214 (2000).

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

113. Блохин Д.И. Физика рентгеновских лучей, М.: Наука, 1953 г.

114. Sentoku Y., Mima К., Taguchi Т. «Particle simulation on x-ray emissions from ultraintense laser produced plasmas», Physics of plasmas, 5 4366-4372 (1998).

115. Evans R.D. The atomic nucleus (McGraw-Hill, New York, 1955).

116. Hares J.D., Kilkenny J.D., Key M.H., Lunney J.G. «Measurement of fast-electron energy spectra and preheating in laser-irradiated targets», Phys. Rev. Lett., 42 1216-1219 (1979).

117. Zigler A., Bukhalter P.G., Nagel D.J. et al «Measurement of energy penetration depth of subpicosecond laser energy into solid density matter», Appl. Phys. Lett., 59 534-536 (1991).

118. Soom В., Chen H., Fisher Y., Meyerhofer D.D. «Strong Ka emission in picosecond laser-plasma interactions», J. Appl. Phys., 74 5372-5377 (1993).

119. Rousse A., Audebert P., Geindre J.P. et al «Efficient К alpha x-ray source from femtosecond laser-produced plasmas», Phys. Rev. E, 50 2200-2207 (1994).

120. Zhang P., He J. Т., Chen D. B. et al «Effects of a prepulse on y-ray radiation produced by a femtosecond laser with only 5-mJ energy», Phys. Rev. E, 57 R3746-R3748 (1998).

121. Бойко В.А., Крохин O.H., Склизков Г.В. «Исследование параметров и динамики лазерной плазмы при острой фокусировке излучения на твердую мишень», Труды ФИАН, 76 186-228 (1974).

122. Собельман И.И. Введение в теорию атомных спектров. М.: Наука, 1977 г.

123. Salzmann D., Reich Ch., Uschmann I., Forster E. «Theory of Kot generation by femtosecond laser-produced hot electrons in thin foils», Phys. Rev. E, 65 036402 (2002).

124. Андреев A.B., Гордиенко B.M., Савельев А.Б. «Ядерные процессы в высокотемпературной плазме, индуцируемой сверхкоротким лазерным импульсом», Квантовая электроника, 31 941-956 (2001).

125. Bell A.R., Davies J.R., Guerin S., Ruhl H. «Fast-electron transport in high intensity short-pulse laser-solid experiments», Plasma Physics Control. Fusion, 39 653-659 (1997).

126. Golishnikov D.M., Gordienko V.M., Mikheev P.M. et al «Dense femtosecond plasma at moderate intensities: hot electrons, fast ions and thermonuclear processes in modified targets», Laser Physics, 11 1205-1211 (2001).

127. Meyerhofer D.D., Chen H., Delettrez J.A. et al «Resonance absorption in high-intensity contrast, picosecond laser-plasma interactions», Phys. Fluids, B5 2584-25881993).

128. Андреев А.А., Баянов В.И., Ваньков А.Б. и др. «Поглощение лазерного УКИ, генерация рентгеновского излучения и быстрых частиц горячей плотной плазмой», Квантовая электроника, 23 907-910 (1996).

129. Гуревич А.В., Мещеркин А.П. «Ускорение ионов в расширяющейся плазме», ЖЭТФ, 80 1810-1826 (1981).

130. Forshmd D.W., Kindel J.M., Lee К. «Theory of hot-electron spectra at high laser intensity», Phys. Rev. Lett., 39 284-288 (1977).

131. Kruer W.L., Estabrook K. «Laser light absorption due to self-generated magnetic fields», Phys. Fluids, 20, 1688-1691 (1977).

132. Stockli M.P., Fry D. «Analog gain of microchannel plates for 1.5-154 keV/g Ar9+(3 ** q « 16)», Rev. Sci. Instrum., 68 3053-3060 (1997).

133. Hegelich M., Karsch S., Pretzler G. et al «MeV ion jets from short-pulse-laser interaction with thin foils», Phys. Rev. Lett., 89 085002 (2002).

134. Chutko O.V., Gordienko V.M., Lachko I.M. et al «High-energy negative ions from expansion of high-temperature femtosecond laser plasma», Applied Physics B, 77 831837 (2003).

135. Бабичев А.П., Бабушкина H.A., Братковский A.M. и др. Физические величины. Справочник, М.: Энергоатомиздат, 1991, 1232 с.

136. Латышев С.В. «Потенциальные возможности лазерной плазмы как источника отрицательных ионов», ЖТФ, 67 117-120 (1997).

137. Быковский Ю.А., Романюк В.И., Сильнов С.М. «Отрицательные ионы в лазерной плазме», Письма в ЖТФ, 14 927-931 (1988).

138. Смирнов Б.М. Отрицательные ионы. М.: Атомиздат, 1973.

139. Smith S.J., Burch D.S. «Relative measurement of the photodetachment cross section for H'», Phys. Rev., 116 1125-1131 (1959).

140. Herzenberg A. «Attachment of slow electrons to oxygen molecules», J. Chem. Phys. 51 4942-4950 (1969).

141. Spence D., Schulz G.J. «Three body attachment in O2 using electron beams», Phys. Rev. A, 5 724-732 (1972).

142. Фогель Я.М., Анкудинов В.А., Слабосницкий P.E. «Потеря двух электронов при однократных столкновениях отрицательных ионов водорода с молекулами газов», ЖЭТФ, 32 453-462 (1957).

143. Stier P.M., Baraett C.F. «Charge exchange cross-sections of hydrogen ions in gases», Phys. Rev. 103 896-907 (1956).

144. Фогель Я.М., Анкудинов B.A., Филипенко Д.В., Тополь Н.В. «Захват и потеря электрона при столкновении атомов водорода с молекулами газов», ЖЭТФ, 34 579-592 (1959).

145. Радциг А.А., Смирнов Б.М. «Перезарядка отрицательного иона на положительном», ЖЭТФ, 60 521-526 (1971).

146. Errea L.F., Harel С., Jimeno P. et al «Molecular treatment of electron detachment in Hf and H'», Phys. Rev. A, 54 967-969 (1996).

147. Browne J.C., Dalgarno A. «Detachment in collisions of H and H"», J. Phys. B, 2 885889 (1969).

148. Hummer D.G., Stebbings R.F., Fite W.L., Branscomb L.M. «Charge transfer and electron production in H'+H collisions», Phys. Rev. 119 668-670 (1960).

149. Gealy M.W., Van Zyl B. «Cross sections for electron capture and loss», Phys. Rev. A, 36 3091-3099(1987).

150. Pindzola M.S. «Electron impact detachment from H' and O' negative ions», Phys. Rev. A, 54 3671-3673 (1996).

151. Robicheaux F. «Electron impact detachment of weakly bound negative ions: threshold and scaling laws», Phys. Rev. A, 60 1206-1215 (1999).

152. McWhirter R.W.P. Plasma Diagnostic Techniques (Academic Press, New-York, p.210, 1965).

153. Moustaizis S.D., Balcou Ph., Chambaret J.-P. et al «Negative ion production by fs, high-intensity laser beam interactions with clusters», AIP Conf. Proc., 639 197-205 (2002).

154. Dimov G.I. «Use of hydrogen negative ions in particle accelerators», Rev. Sci. Instrum., 67 3393-3404 (1996).

155. Korschinek G., Henkelman T. «Negative ions generated by laser-material interaction», Rev. Sci. Instrum., 63 2672-2675 (1992).

156. Badziak J., Woryna W., Parys P. et. al. «Fast proton generation from ultrashort laser pulse interaction with double-layer foil targets», Phys. Rev. Lett., 87 215001 (2001).

157. Zehner D.M., White C.W., Ownby G.W. «Preparation of atomically clean silicon surfaces by pulsed laser irradiation», Appl. Phys. Lett, 36 56-59 (1980).

158. Андреев А.А., Гамалий Е.Г., Новиков B.H. и др. «Нагрев плотной плазмы сверхкоротким лазерным импульсом в режиме аномального скин-эффекта», ЖЭТФ, 101, 1808-1818(1992).

159. Ehler W., Begay F., Tan Т.Н. et. al. «Effect of target purity on laser-produced plasma expansion», J. Phys. D, 13 L29-L32 (1980).

160. Begay F., Forslund D.W. «Acceleration of multi-species ions in CO2 laser-produced plasmas: Experiments and theory», Phys. Fluids, 25 1675-1685 (1982).

161. J.K.Watanabe, U.J.Gibson «Excimer laser cleaning processing of Si(100) substrates in ultrahigh vacuum and reactive gases», J. Vacuum Sci. & Tech. A, 10 823-828 (1992).

162. Zheng Y.W., Luk'ynchuk B.S., Lu Y.F. et. al. «Dry laser cleaning of particles from solid substrates: experiments and theory», J. Appl. Phys., 90,2135-2142 (2001).

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

164. Dinger R., Rohr K., Weber H. «Dynamics of recontamination of laser-cleaned metallic surfaces in laser-produced plasma experiments», J. Phys. D, Appl. Phys., 17 1707-1712 (1984).

165. Волков P.B., Голишников Д.М., Гордиенко B.M. и др. «Формирование ионного тока высокотемпературной фемтосекундной лазерной плазмы на поверхности мишени, содержащей примесный слой», Квантовая электроника, 33 981-986 (2003).

166. Агеев В.П., Горбунов А.А., Данилов В.П. и др. «Пороговые условия плазмообра-зования при воздействии на твердые мишени импульсного УФ излучения», Квантовая электроника, 10 2451-2456 (1983).

167. Физические величины, Справочник под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова.-М.; Энергоатомиздат, (1991), с.378-391.

168. Гордиенко В.М. «Нелинейные взаимодействия интенсивного пико- и фемтосе-кундного лазерного излучения с веществом в сильно неравновесном состоянии», диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук, Москва, 1997.

169. Ахманов С.А., Гордиенко В.М., Джиджоев М.С. и др. «Генерация и усилениесубпикосекундных импульсов УФ излучения с помощью эксимерных лазеров», Квантовая электроника, 13 1957-1958 (1986).

170. Bor Z. «Distortion of femtosecond pulses in lenses», Optics Lett., 14 119-121 (1989).

171. Stabinis A., Valiulis G., Ibragimov Б. A. «Effective sum frequency pulse compression in nonlinear crystals», Optics Communications, 86 301-306 (1991).

172. Kalachnikov M.P., Nickles P.V., Sandner W. «Multi-terawatt hybrid Ti:Sa-Nd:glass dual beam laser: a novel XUV laser driver», Optics Communications, 133 216—220 (1997).

173. Часть II. Управление свойствами и инициирование низкоэнергетических ядерных процессов в плазме фемтосекундного лазерного импульса

174. Глава 3. Модификация поверхностного слоя мишени для управления свойствами плазмы фемтосекундного лазерного импульса

175. Вт/см для импульса длительностью 10 не).

176. Рис. 3.1 Зависимость температуры электронов плазмы ФЛИ Те (а) и конверсии рентгеновского излучения ц (б) для Н-подобных (1) и Не-подобных (2) ионов углерода при интенсивности лазерного излучения 1015 (сплошная линия) и 1016 Вт/см2 (пунктир).