авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ПРОГРАММА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРЕЗИДИУМА РАН № 13 «ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ СВЕТОВЫЕ ПОЛЯ И ИХ ...»

-- [ Страница 2 ] --

Еще одним направлением теоретических исследований в рамках настоящего проекта являлось изучение влияния резких градиентов плотности плазмы на процесс захвата элек тронов в кильватерную структуру, возбуждаемую лазерным импульсом в прозрачной плазме. Эта задача представляет интерес с точки зрения проблемы контролируемой за грузки электронов при их ускорении в этом режиме. Идея заключается в том, что при уменьшении концентрации на пути распространения лазерного импульса быстрое увели чение длины плазменной волны и, как следствие, размера кавитационной области может приводить к захвату электронов.

Было проведено численное исследование захвата электронов в комплексном моде лировании процесса распространения лазерного импульса через газовую струю с концен трацией, модифицированной посредством введения тонкой проволоки на пути распро странения газа до траектории прохождения лазерного импульса. При этом рассматрива лись две потенциальные альтернативы – внешние и внутренние резкие градиенты плотно сти (см. рисунок (а) и (б) соответственно). На рисунке слева показаны диаграммы зависи мости числа захваченных электронов от их энергии в различные моменты времени, харак теризуемые положением лазерного импульса (по горизонтали).

По диаграм мам видно, что ма лый нисходящий градиент (на уров не 1018 см-3 на мкм) инициирует захват только то гда, когда плот ность снижается до 3x1018 см-3 (а), то гда как резкий ( см-3 на 3 мкм) гра диент может хоро шо инициировать захват при плотно сти 1019 см-3 (б).

Интересным обна- Результаты моделирования методом частиц в ячейках в трехмерной руженным эффек- геометрии процесса захвата и ускорения электронов в газовой струе с том, присущим резкими перепадами концентрации. Диаграммы (а), (б) - распределе ние электронов по энергии в зависимости от положения лазерного конфигурации (б), импульса;

рисунок (в) – сценарий захвата электронов и их перехода из является трехсту лидирующей кавитационной области в следующую за ней пенчатый процесс, показанный на ри сунке справа. На первом нисходящем градиенте происходит захват электронов, затем они ускоряются до области нарастания концентрации, в которой из-за резкого уменьшения размера кавитационной области они переходят во вторую кавитационную область и про должают свое ускорение.

В плане подготовки будущих экспериментов по лазерному ускорению заряженных частиц за отчетный период проводились следующие работы.

Лазерная установка петаваттного класса мощности PEARL, подверглась модерниза ции и была перемещена в новое подвальное помещение, удовлетворяющее требованиям радиационной защиты для экспериментов с твердотельными мишенями. Переезд установ ки потребовал создания новой вакуумной инфраструктуры в новом помещении: создание нового вакуумного тракта, закупка новых форвакуумных и турбомолекулярных насосов, их установка и вибро-шумоизоляция. Переход на лазерный импульс апертурой 200мм (от ранее использовавшихся 100 мм), повлек модернизацию вакуумного оптического тракта и полную замену транспортной оптики, а также, существенную модернизации имеющейся вакуумной камеры (диаметр 1м), использовавшейся ранее для экспериментов с газовыми мишенями. Также разработана и отправлена в производство новая мишенная камера, большего размера (диаметр 1,5 метра;

размер был ограничен сверху размерами проемов помещения, в котором располагается лазерная установка, помещении строилось как бом боубежище, и крупногабаритные проемы не предусмотрены). Изготовление находится на финальной стадии (привариваются фланцы, шлифуются их плоскости).

Была разработана и отдана в производство сверхточная система позиционирования и наведения мишени (точность позиционирования 2 мкм). Был разработан алгоритм дистан ционного управления на системе LabView, позволяющий наводить лазерный луч на лю бую из ячеек матричной мишени, при наличии предварительной юстировки только по трем точкам. Настройка осуществляется по трем специальным юстировочным отверстиям, посредством моторизованной камеры с микроскопическим объективом, предварительно наведенной на перетяжку лазерного луча. Наведение камеры осуществляется при помощи дополнительной специализированной моторизированной тырехкоординатной системы по зиционирования камеры, не связанной с системой позиционирования мишени. Эта систе ма позволяет не только наводить камеру на оптический луч, но также позволяет вводить камеру в область взаимодействия при настройке, а при выстреле перемещать ее на безо пасное расстояние. После настройки любая, наперед взятая, ячейка матричной мишени может быть передвинута в область перетяжки автоматически, без дополнительной на стройки, путем нажатия одной кнопки разработанного графического интерфейса.

Проведена первичная оптимизация параметров лазерного излучения для целей уско рения в поле кильватерной волны и ускорения протонов при взаимодействии лазерного излучения с твердотельными мишенями. Проведены исследования зависимости временно го контраста импульса от точности настройки системы стретчер-компрессор. Работы по улучшению временного контраста системы принципиально важны, поскольку контраст определяет режим взаимодействия с твердотельной мишенью. В случае низкого контра ста, мишень разрушается предимпульсом, до прихода основного сигнала.Исследованы возможности появления «углового чирпа» (различные частотные спектры у различных компонент углового спектра оптического импульса), его влияние на последующую про странственную фокусировку импульса. От качества пространственной фокусировки зави сит максимальная интенсивность лазерного излучения в области взаимодействия, а, сле довательно, и режим взаимодействия. Исследовано влияние неточностей изготовления широкоапертурных дифракционных решеток компрессора на качество последующей ком прессии импульса.

Разработан модуль измерения спектров ускоренных ионов – томсоновскаяпарабола.

Прибор способен не только определить энергию положительно заряженной частицы, но и определить соотношения заряд/масса, что принципиально для разделения вклада ионов одинаковых атомов с разной степенью ионизации. Разработан алгоритм восстановления энергетического спектра пучка заряженных частиц по засветке используемой рентгено графической пластины (IP). Разработана конструкторская документация, прибор отдан в производство.

В плане отработки технологии изготовления сверхтонких мишеней различной тол щины были:

1. Развита лабораторная технология изготовления свободновисящих многослойных структур, на основе которых разработан ряд рентгенооптических элементов с новыми свойствами. В частности, такие МС применяются в качестве многослойных зеркал (поля ризаторы, фазо-сдвигающие делительные пластинки, дисперсионные элементы);

абсорб ционных спектральных фильтров для рентгеновской диагностики лабораторной и косми ческой плазмы. Свободновисящие пленочные структуры нашли применение в стендах проекционной нанолитографии на длине волны = 13.5 нм (абсорбционные спектральные фильтры, пленки для защиты масок от загрязнений, корректоры аберраций объектива).

Отрабатывается технология изготовления свободновисящих пленочных мишеней для ис точников протонов.

2. Для применения в стендах проекционной нанолитографии на длине волны 13.5 нм выбраны оптимальные композиции материалов многослойного фильтра, обеспечивающие его долговременную работу в условиях нагрева излучением до 950°C в среде остаточных газов – кислорода, воды и фоновой водородной среды. Разработаны и изготовлены ульт ратонкие (толщиной 25-50 нм) абсорбционные фильтры для ЭУФ-нанолитографов с рабо чей апертурой до 160мм и с рекордным пропусканием (до 85%) на рабочей длине волны = 13.5 нм.

3. Определены предельные тепловые нагрузки для Mo/ZrSi2-фильтра. В тестовых ис пытаниях (до 120 часов вакуумного лазерного отжига свободновисящей пленки при тем пературе 700–1000C) изучено влияние долговременного теплового воздействия на свой ства и структуру многослойного фильтра. Установ лены механизмы, приводящие к деградации характе ристик фильтров при отжиге: диффузия примесей кислорода и углерода, поступающих из вакуумного объема;

взаимная диффузия материалов соседних слоев, наблюдающаяся при температуре выше 900° C (соответствует плотности поглощенной мощности q 4 Вт/см2);

изменение фазового состава силицидов, диффузия к поверхностям пленки и сублимация кремния при температуре вакуумного отжига более 950C. Порог разрушения в этих опытах оценивается величиной q = 7 Вт/см2, соответствующей темпера туре пленки 1050°C. Ориентировочным уровнем поглощенной мощности, допустимым для Mo/ZrSi2- Многослойный спектральный фильтра, можно считать q = 4 Вт/см2, при которой фильтр с рабочей областью диамет ром 170 мм для космического "сол еще слабо проявляют себя факторы ухудшения каче- нечного" телескопа ства фильтра.

Публикации и выступления на конференциях по результатам работ 1. A.V. Korzhimanov, E.S. Efimenko, S.V. Golubev, and A.V. Kim, "Generating high-energy highly charged ion beams from petawatt-class laser interactions with compound targets", Phys. Rev. Lett., 2012 (принято).

2. S. Bastrakov, R. Donchenko, A. Gonoskov, E. Efimenko, A. Malyshev, I. Meyerov, I. Surmin, "Particle-in-cell plas ma simulation on heterogeneous cluster systems, Journal of Computational Science", v.3, No 6, pp.474-479, 2012.

3. A.V. Korzhimanov, E.S. Efimenko, A.V. Kim, and S.V. Golubev, "Generation and acceleration of high-energy mid-Z ions by petawatt-class laser systems in structured targets", The International Committee on Ultra-High Intensity Lasers: Book of Abstracts of ICUIL 2012 Conference, Mamaia, Romania, September 16-21, 2012, p.6.

4. S.V. Golubev, A.V. Korzhimanov and A.V. Kim, "Multi-charged ion acceleration during petawatt-class laser interaction with structured targets", Book of Abstracts ICIS 2011,Internetiol Conference Ion Sources, Giardini Naxos, Italy, September 12-16, 2011, p. 295.

5. М.М. Барышева, А.Е. Пестов, Н.Н.С алащенко, М.Н. Торопов, Н.И. Чхало, "Прецизионная изобража ющая многослойная оптика для мягкого рентгеновского и экстремального ультрафиолетового диапазо нов", Успехи физических наук. 2012, т.182, № 7, С.727-747.

6. N.I. Chkhalo, M.N. Drozdov, E.B. Kluenkov, A.Ya. Lopatin, V.I. Luchin, N.N. Salashchenko, N.N.Tsybin, L.A. Sjmaenok, V.E. Banine, and A.M. Yakunin. "Free-standing spectral purity filters for extreme ultraviolet lithography", J. Micro/Nanolith. MEMS MOEMS 11, 021115 (2012).

7. С.А. Гусев, М.Н. Дроздов, Е.Б. Клюенков, А.Я. Лопатин, В.И. Лучин, Д.Е. Парьев, А.Е. Пестов, Н.Н. Салащенко, Н.Н. Цыбин, Н.И. Чхало, Л. А. Шмаенок, "Термостабильность свободновисящих ЭУФ фильтров в условиях длительного вакуумного отжига в интервале температур 700–1000°C",/ Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2012. № 6. С. 1–5.

8. М.Н. Дроздов, Е.Б. Клюенков, А.Я. Лопатин, В.И. Лучин, А.Е. Пестов, Н.Н. Салащенко, Н.Н. Цыбин, Н.И. Чхало, Л. А. Шмаенок, "Сравнительное тестирование свободно висящих многослойных фильтров Mo/ZrSi2 и Mo/NbSi2 по термостабильности", Известия РАН. Серия физическая. 2013. Т. 77. № 1. С. 97–99.

Проект 3.2. Генерация когерентного рентгеновского излучения и ускорение электронов до ультрарелятивистских энергий при распространении интенсивных фемтосекундных лазерных импульсов в диэлектрических капиллярах (Руководитель проекта: А.М. Сергеев, ИПФ РАН) В рамках выполнения проекта было проведено исследование возможности генера ции коллимированных пучков ускоренных электронов с узким распределением по энергии при взаимодействии интенсивного лазерного излучения со структурированными мишеня ми. Данная проблема в настоящее время активно изучается с целью создания эффективно го и стабильного источника ускоренных электронов, синхронизированного с мощным ла зерным импульсом, для их захвата в плазменную волну при лазерно-плазменном ускоре нии [1, 2].

В эксперименте использовался титан-сапфировый лазер, генерирующий импульсы с длительностью 60 фс и максимальной энергией до W = 100 мДж с центральной длиной волны 800 нм. В вакуумной камере лазерный пучок фокусировался по нормали к алюми ниевой фольге на ее торец при помощи сферического зеркала. Максимальная интенсив ность в фокусе при энергии в импульсе 100 мДж составляла I = 21017 W/cm2. Перед ос новным лазерным импульсом (~ за 10 нс) присутствовал предимпульс с энергией порядка 10-4 от энергии основного импульса. Интенсивности предимпульса на мишени было дос таточно для ионизации материала мишени, в результате даже при отсутствии основного импульса на поверхности мишени наблюдалось свечение, указывающее на появление плазмы.

Диагностика электронов осуществлялось по люминесценции сцинтилляционного эк рана (Lanex Medium, фирма Kodak) и регистрировалось цифровой камерой Hamamatsu C8484.

Для измерения энергетического спектра электронов был использован магнитный спектрометр на основе NdFeB магнитов диаметром 5 см, обеспечивающих однородное магнитное поле порядка 0.2 кгс. Траектория электронов в магнитном поле рассчитывалась по свечению экрана с учетом его чувствительности, на основе чего восстанавливался их энергетический спектр.

Отсчеты камеры (у. е.) 6 мрад Плотность электронов, у. е.

1. 0 5 10 15 Угол (мрад) 0. 0. 0. 10 мрад 0. 0. 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1. Энегрия, МэВ Рис. 1. Изображение пучка электронов на Рис. 2. Энергетические спектры электронов, сцинтилляционном экране, угловая расхо- энергия в импульсе порядка 60 мДж димость пучка (FWHM) составляет 6мрад В эксперименте были обнаружены колиммированные пучки электронов (рис. 1) с уг лом расходимости ~ 0.50, что существенно превосходит уровень коллимации пучков элек тронов, наблюдавшихся ранее [3-5], направленные по направлению распространения ла зерного пучка.

Энергетические спектры электронных пучков представлены на рис. 2. Оказалось, что пучки имели существенно не максвелловский спектр с шириной энергетического распре деления в некоторых выстрелах менее 20% от энергии в максимуме. Диапазон энергии электронов в пучках составлял 0.2-0.8 МэВ, что существенно превосходит осцилляторную энергию электронов в лазерном поле (~0.02 МэВ).

Анализ возможных механизмов формирования пучков ускоренных электронов с вы сокой направленностью и узким энергетическим спектром при высокой энергии электро нов привел к выводу, что наиболее вероятным механизмом ускорения могло являться ус корение электронов в плазменной волне. Средой для возникновения плазменной волны является плазма, созданная предимпульсом, приходящим за ~ 10 нс до основного импуль са (рис. 3).

Для проверки этого предположения в рамках одномерного PIC кода были проведены численные расчеты распространения фемтосекундного лазерного излучения с параметра ми длительности и интенсивности, характерными для условий эксперимента, в плазме.

Как показали результаты расчетов при распространении лазерного излучения в плотной плазме с концентрацией 1019-1020 см-3 на расстояниях порядка 100 мкм (что соответствует характерным концентрациям и масштабам плазмы, создаваемой предимпульсом с учетом ее разлета) в плазме возбуждается сильная плазменная волна за счет развития модуляци онной неустойчивости лазерного импульса. Часть электронов плазмы захватывается этой волной и ускоряется до больших энергий, значительно превосходящих осцилляторную энергию. Распределение продольного (вдоль направления распространения лазерного из лучения) импульса электронов в плазме представлено на рис. 4. Анализ результатов чис ленных счетов, в частности, изображенных на рисунке, говорит о том, что происходит ге нерация узконаправленных электронных пучков, и распределение ускоренных электронов по энергии имеет сильно не максвелловский характер с узким энергетическим пиком.

Лазер Алюминий наносекундная предплазма e Рис. 3. Геометрия модели Рис. 4. Распределение продольного импульса элек тронов вдоль трассы распространения, красным ова лом отмечена часть электронов, соответствующая коллимированному узкоэнергетичному пучку Таким образом, коллимированность и высокая энергия электронных пучков, обна руженных в эксперименте и подтвержденных в численных счетах, открывает перспективы использования их в качестве затравки для лазерно-плазменного ускорения в диэлектриче ских газонаполненных капиллярах.

Цитируемая литература 1. E. Esarey, C.B. Schroeder, and W.P. Leemans, Reviews of Modern Physics, 2009. 81(3): p. 1229-1285.

2. T. Tajima, and J.M. Dawson, Physical Review Letters, 1979. 43(4): p. 267-270.

3. W. Wang, et al., Physics of Plasmas, 2010. 17(2): p. 023108-8.

4. Y.T. Li, et al., Physical Review Letters, 2006. 96(16): p. 165003.

5. J.Y. Mao, et al., Physical Review E, 2012. 85(2): p. 025401.

Публикации и выступления на конференциях по результатам работ 1. V. Eremin, Yu. Malkov,V. Korolikhin,A. Kiselev, S. Skobelev, N. Andreev, A. Stepanov, "Study of the plasma wave excited by intense femtosecond laser pulses in a dielectric capillary", Physics of Plasmas, 19, (2012).

2. Ю.А. Мальков, А.Н. Степанов, Л.П. Пугачев, Н.Е. Андреев, Д.А. Яшунин, А.А. Андреев, "Квазимоно хроматические пучки ускоренных электронов при взаимодействии слабоконтрастного интенсивного лазерного излучения с границей металла", направлено в журнал «Квантовая электроника».

3. Yu.A. Malkov, A.A. Gonoskov, A.M. Kiselev, A.N. Stepanov, D.A. Yashunin, "Collimated Beams of Accelerated Electrons Generated By Intense Femtosecond Laser Pulses at Grazing Incidence", Laser Optics 2012, St. Petersburg, WeR5-12.

4. В.В. Королихин, А.М. Киселев, Ю.А. Мальков, А.Н. Степанов, Д.А. Яшунин, "Исследование источника горячих электронов для инжекции в лазерно-плазменном ускорении", XVI научная школа «Нелинейные волны-2012», 29 февраля-6 марта 2012 г., Н. Новгород, с.94.

Проект 3.3. Лазерно-плазменное ускорение электронов в металлических и диэлектрических капиллярах (Руководитель проекта: С.Н. Багаев, ИЛФ СО РАН, Н.С.Диканский, ИЯФ СО РАН) 1. В рамках проекта основные усилия сосредоточены на исследовании ускорения электронов в плазменной кильватерной волне, сформированной в металлическом капил ляре лазерным импульсом тераваттной мощности. Собственно кильватерная волна раска чивается в газе, которым изначально заполнен капилляр, при этом газ мгновенно ионизу ется полем лазерного импульса. При этом осуществляется подавление расходимости драйвера узким металлическим капилляром, что позволяет более детально контролиро вать лазерный драйвер и продвинуться вверх по энергии при заданных его параметрах.

Для работоспособности данной схемы каналирования необходим высокий коэффи циент отражения электромагнитной волны от стенок металлического капилляра. Так как коэффициент отражения зависит от мощности лазерного импульса, то при достаточно вы сокой мощности стенки капилляра можно считать идеальной бесстолкновительной плаз мой с высоким коэффициентом отражения. Одновременно с этим для эффективного воз буждения требуемой волноводной моды и воспроизводимости процесса ускорения необ ходимо обеспечить высокоточное соосное попадание лазерного излучения в капилляр, ра диус которого составляет несколько десятков микрон.

Технические сложности на пути реализации этой схемы состоят в изготовлении соб ственно металлического капилляра с заданными параметрами и решении проблемы кон траста импульса фемтосекундного излучения. и его угловой стабильности. Поэтому рабо ты 2012 года были сосредоточены на разработке 2d3v-модели плазмы с 2d3v-моделью ус коряемых частиц для численного моделирования процессов при лазерно-плазменном ус корении электронов и на решении технических проблем при подготовке элементной базы проведения экспериментальных исследований.

2. Для исследования особенностей лазерно-плазменного кильватерного ускорения электронов и адекватной теоретической поддержки экспериментальных исследований велся поиск как аналитических решений условий эффективного ускорения в кильваторной волне сгустков электронов, так и подготовка кодов для его численного моделирования.

Рассмотрена задача эффективного впрыскивания электронного сгустка в кильвате ную волну для его последующего ускорения. Сформулирована универсальная модель проникновения электронов в линейную кильватерную волну. Аналитически найден опти мальный угол для сторонней инжекции электронов в волну. Вычислен радиус, на котором происходит разделение электронов на проникающие в кильватерную волну и отраженные от нее.

Численное моделирование формирования кильватерной волны фемтосекундным ла зерным импульсом показало, что лагранжева модель плазмы, разработка которой была проведена на первом этапе проекта, оказалась неустойчивой по отношению к мелкомас штабным возмущениям плотности плазмы, и от ее реализации пришлось отказаться. Вме сто нее в рамках программного комплекса LCODE была реализована высокоточная кине тическая квазистатическая 2d3v-модель плазмы, а также 2d3v модель ускоряемых частиц второго порядка аппроксимации с возможностью автоматического уменьшения шага по времени при низкой энергии частиц. Первая модель открывает возможность моделирова ния длинных счетных областей при произвольной (в том числе большой) мощности им пульса-драйвера и произвольной радиальной неоднородности плотности плазмы. Вторая модель значительно сокращает время счета при наличии в системе электронов с низкой энергией.

Возможности высокоточной кинетической модели иллюстрируются на рис.1. Ам плитуда осесимметричной линейной кильватерной волны, возбуждаемой коротким лазер ным импульсом, на протяжении 100 периодов меняется на 25% при шаге сетки 0.05 c/p и на 5% при шаге сетки 0.025 c/p, где c/p,- глубина аномального скин-слоя.

Рис. 1. Эволюция со временем продольного электрического поля кильватерной волны на оси системы и на радиусе c/p при шаге сетки 0.05 c/p Для экспериментального исследования ионизации газа в капилляре и, собственно, каналирования спроектирована и поэтапно осуществляется монтаж экспериментальной установки, схема которой представлена на рис. 2. Основным элементом установки являет ся вакуумная камера с металлическим капилляром. Капилляр представляет собой канал треугольного сечения (60±5 мкм) длиной до 20 мм из отожженной бескислородной меди.

Конструктивно он выполнен из двух отполированных прилегающими плоскостями дета лей. Камера оборудована шестью оптическими портами для ввода лазерного излучения и контроля процессов на входе и выходе из капилляра. Предусмотрено также размещение магнитной катушки сопровождающего поля и диагностических приборов для контроля параметров плазмы и прошедшего через капилляр фемтосекундного излучения.

Фемтосекундная лазерная система Вакуумная камера с металлическим капилляром Фокусирующая Пикомоторы система п Д и CCD камера р к а о й м в о е Металлический т р капилляр о р Оптическая о система в Компьютер Экран Рис. 2. Схема экспериментальной установки Численный анализ процесса каналирования в узком металлическом капилляре пока зал, что фемтосекундное излучение лазерной системы должны удовлетворять определен ным параметрам по контрасту и угловой стабильности.

Пьедестал фемтосекундного импульса при длительности масштаба 1 нс и контрасте 105, способен ионизовать вещество на входе в металлический капилляр так, что образо вавшаяся плазма отразит основной импульс. Численный анализ показывает, что повыше ние контраста до 108 решает проблему «зарастания» капилляра.

Расчеты показывают, что для эффективного ввода лазерного излучения в капилляр диаметром 50-60 мкм требуется угловая стабильность фемтосекундного излучения на уровне 20-40 мкрад. Мультитераваттная лазерная система ИЛФ СО РАН, работающая с частотой 10 Гц (40-50 фс, 40-150 мДж), имеет значительно большую угловую нестабиль ность выходного излучения 80 мкрад. Для улучшения этого параметра до необходимых величин разработана схема угловой стабилизации излучения с использованием ССD камеры, системы обратной связи и исполнительного устройства на основе юстировочных устройств с пикомоторами (Рис. 1) с полосой отработки до 1 кГц.

Таким образом, на первом этапе проекта подготовлены расчетные коды для прове дения численного анализа процесса лазерно-плазменного ускорения электронов и эле ментная база для выполнения экспериментальных исследований по формированию плаз менной кильватерной волны в металлическом капилляре с параметрами, пригодными для ускорения электронных сгустков.

Публикации и выступления на конференциях по результатам работ 1. K.V. Lotov, "Optimum angle for side injection of electrons into linear plasma wakefields", J. Plasma Phys.

78(4), 455-459 (2012).

2. K.V. Lotov, V.I.Maslov, I.N. Onishchenko, O.M. Svistun, "Homogeneous Focusing of Electron Bunch Sequence by Plasma Wakefield", Problems of atomic science and technology, 2012, v.3, Series: Nuclear Physics Investigations (58), p.159-163.

3. А.Г. Полещук, А.Г. Седухин, В.Н. Хомутов, Р.В. Шиманский, В.И. Трунов, С.А. Фролов, "Локализованный сеточный контроль волновых фронтов мощных лазерных систем", Сборник трудов VII Международной конференции «Фундаментальные проблемы оптики – 2012». Санкт-Петербург. 15 19 октября 2012 / Под ред. проф. В.Г. Беспалова, проф. С.А. Козлова.– СПб: НИУИТМО, 2012– 571 с.: с ил. с. 435.

Проект 3.4. Лазерно-плазменное ускорение ультрарелятивистских частиц и генерация рентгеновского излучения (Руководитель проекта: Н.Е. Андреев, ОИВТ РАН) Построена модель генерации характеристического рентгеновского излучения в фольге при условии захвата и рециркуляции горячих электронов. Модель учитывает реля тивистский рост сечения ударной ионизации K-оболочки, фотопоглощение K - излучения, а также зависимости коэффициента преобразования лазерной энергии в энергию горячих электронов и их температуры от интенсивности лазерного импульса IL(r, t). Расчеты про ведены для серебряной фольги при параметрах лазерного импульса петаваттной лазерной системы. Получены зависимости выхода фотонов в заданном направлении с передней и тыльной сторон фольги (в расчете на единицу лазерной энергии и единицу телесного угла) от толщины фольги и пиковой интенсивности. Показано, что выход K - излучения увели чивается с ростом интенсивности и уменьшением толщины фольги (Рис. 1). Выход K излучения с передней стороны фольги превышает выход с тыльной стороны, если е тол щина существенно больше длины фотопоглощения (Рис. 2). Эффект рециркуляции элек тронов, который значительно увеличивает выход K - излучения, может быть исследован экспериментально с учетом того, что отношение выходов K - излучения с передней сто роны тонкой и толстой фольги зависит от интенсивности существенно разным образом для мишеней с и без рециркуляции электронов.

1 NK/EL, 108 phot (J sr)- - NK/EL, 10 phot (J sr) 40 30 10 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 500 1000 1500 2000 2500 d, m 18 - I0, 10 W cm Рис. 1. Выход K излучения с передней сто- Рис. 2. Выход K излучения с передней (1) роны фольги в зависимости от пиковой ин- и тыльной (2) сторон фольги в зависимости тенсивности при толщине фольги: 1 – 5;

2 – от е толщины при пиковой интенсивности 30;

3 – 60;

4 – 100;

5 – 200;

6 – 360;

7 – 3000 1.51019 Вт/см2 и угле наблюдения 45° мкм и угле наблюдения 0 = 45° Аналитически в одномерной постановке проведено исследование процесса захвата и ускорения в кильватерной волне, возбуждаемой лазерным импульсом в плазменном кана ле, немоноэнергетических электронных сгустков. Электроны инжектируются в окрест ность максимума потенциала кильватерной волны со скоростью меньше фазовой скорости волны. Показано, что существуют такие условия инжекции немоноэнергетического элек тронного сгустка в кильватерное поле, обладающее в сравнении с линейной кильватерной волной большим перекрытием ускоряющей и фокусирующей фаз, при которых энергети ческий разброс в ускоряемом электронном сгустке на некоторой оптимальной длине уско рения минимизируется. Данный эффект возникает вследствие вращения в фазовом про странстве электронного сгустка в процессе его ускорения, так что на некоторой длине ус корения проекция фазового портрета сгустка на ось импульсов становится минимальной.

Соответственно этому в энергетическом пространстве траектории ускоряемых электро нов, составляющих сгусток, на оптимальной длине ускорения сходятся в малую область, определяющую минимальный энергетический разброс в сгустке (Рис. 3). Результаты чис ленного моделирования показывают, что этот эффект проявляется в процессе ускорения изначально не слишком широких инжектированных сгустков (Рис. 4). Полученные анали тические соотношения достаточно хорошо совпадают с результатами численного модели рования ускорения тестовых частиц и могут применяться для оценки длины и энергетиче ских характеристик ускоряемых кильватерным полем электронных сгустков, генерируе мых современными инжекторами. Показано, что за счет эффекта энергетической группи ровки ускоряемых электронов можно получать сгустки ускоренных в кильватерном поле электронов со средней энергией несколько ГэВ и с относительным разбросом по энергии в десятые доли процента.

E/mc dE/mc - - 0,0 0,1 0,2 0, 0,0 0,1 0,2 0,3 0, Lacc/Lph Lacc /Lph Рис. 3. Схождение в энергетическом простран- Рис. 4. Изменение в процессе ускорения раз стве траекторий различных электронов сгустка броса по энергии в сгустке: сплошная линия – в процессе их ускорения в кильватерном поле одномерный сгусток, пунктир – неодномерный Публикации и выступления на конференциях по результатам работ 1. С.В. Кузнецов, "Ускорение электронных сгустков, инжектированных в кильватерную волну", "Физика плазмы", Т. 38, №2, C. 134-144, 2012.

2. С.В. Кузнецов, "Ускорение немоноэнергетических электронных сгустков, инжектированных в кильва терную волну", ЖЭТФ, том 142, вып.1, стр. 190-204, 2012.

3. С.В. Кузнецов, "Лазерно-плазменное ускорение сгустка электронов, инжектируемых перед лазерным импульсом, генерирующим кильватерную волну", Вопросы Атомной Науки и Техники (ВАНТ), серия:

Ядерно-физические исследования, №3, стр. 150-154, 2012.

4. S.V. Kuznetsov, "Laser wake field acceleration of an electron bunch injected in front of a laser pulse generating wake wave", XXVII International Conference on Equations of State for Matter March 1-6, 2012, Elbrus, Kabardino-Balkaria, Russia. Book of abstracts, P.104-105. Moscow&Chernogolovka&Nalchik, 2012.

5. S. Kuznetsov, "Acceleration of Electron Bunches Injected in a Wakefield Wave", XXIII Russian Particle Accelerators Conference - RuPAC’2012, September 24-28, 2012, St.Peterburg, Russia. RuPAC Conference Guide Book, P.20, MOPPA006, St.Peterburg, 2012.

6. O.F. Kostenko, N.E. Andreev, "Generation of K-alpha X rays in a foil by relativistic laser-produced hot electrons", The Fifth Workshop on Plasma Physics with Intense Laser and Heavy Ion Beams, October 8-9, 2012, Moscow, Russia. http://www.ihed.ras.ru/wlib2012/program/.

7. M.E. Povarnitsyn, N.E. Andreev, P.R. Levashov, K.V. Khishchenko, and O.N. Rosmej, "Dynamics of thin metal foils irradiated by moderate-contrast high-intensity laser beams", Phys. Plasmas 19, 023110 (2012).

8. M.E. Povarnitsyn, N.E. Andreeva, E.M. Apfelbauma, T.E. Itinaa, K.V. Khishchenkoa, O.F. Kostenko, P.R. Levashova, M.E. Veysmana, "A wide-range model for simulation of pump-probe experiments with metals", Applied Surface Science 258 (2012) 9480– 9483.

9. http://www.sciencedirect.com/dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2011.07. 10. V. Eremin, Yu. Malkov, V. Korolikhin, A. Kiselev, S. Skobelev, A. Stepanov, and N. Andreev, "Study of the plasma wave excited by intense femtosecond laser pulses in a dielectric capillary", Phys. Plasmas, 19, (2012).

Проект 3.5. Новые методы ускорения заряженных частиц, трансмутации ядер и генерации сверхкоротких электромагнитных импульсов в сверхсильных световых полях, а также диагностики таких полей (Руководители проекта: В.В. Коробкин, М.Ю. Романовский, ИОФ РАН) Первая часть. Новые методы ускорения заряженных частиц.

Одной из проблем современной физики является создание новых высокоэффектив ных методов ускорения заряженных частиц до большой энергии. Использование лазерно го излучения является одним из перспективных направлений решения этой проблемы.

Уникальные свойства лазерных пучков позволяют создавать перспективные ускорители нового поколения.

Ускорение электронов лазерным излучением рассматривалось во многих публикаци ях. Подробный обзор методов ускорения электронов представлен в работе [1]. Было пред ложено и проанализировано несколько механизмов такого ускорения. Показано, что ос новных механизмов два: первый механизм – непосредственное ускорение электронов электрическим полем лазерного излучения, второй – ускорение в кильватерной волне.

Реализация первого механизма сопряжена с очень большими трудностями, посколь ку электрическое поле лазерного излучения осциллирует перпендикулярно волновому вектору лазерного пучка, вдоль которого должны двигаться ускоряемые электроны. По этому для эффективного ускорения нужно создавать такие конфигурации лазерных пуч ков, электрическое поле в которых направлено вдоль направления ускорения электронов и не осциллирует во времени. В опубликованных работах решения этой проблемы найдено не было.

Наибольшее внимание уделялось второму механизму – ускорению электронов в кильватерной волне. При таком ускорении лазерное излучение сначала генерирует плаз менную волну, которая распространяется по направлению волнового вектора лазерного пучка. В этой плазменной волне имеется сильное продольное электрическое поле, которое и ускоряет электроны. К сожалению, лежащее в основе этого метода преобразование энергии лазерного излучения в энергию плазменной волны происходит с малой эффек тивностью.

В Институте общей физики им. А.М. Прохорова РАН предложена новая концепция ускорения электронов в поле стоячих волн, создаваемых при интерференции нескольких лазерных пучков. Эта концепция основана на использовании лазерных пучков особой конфигурации, создаваемой при интерференции нескольких линейно поляризованных ла зерных пучков. Волновые вектора этих пучков лежат в одной плоскости, а амплитудные и фазовые фронты наклонены относительно друг друга на некоторый угол. Если центры всех пучков проходят через одну точку и все углы между ними одинаковы, то в получен ной конфигурации в окрестности точки пересечения потоки энергии полностью отсутст вуют. Такое распределение полей может быть названо двумерной стоячей волной. Число интерферирующих пучков может быть любым, но не менее 3. На рис.1 приведен случай, когда стоячая волна создается четырьмя пучками, волновые вектора которых лежат в плоскости (x-y). Угол между волновыми векторами равен 90 градусов и они пересекаются в начале координат. В поперечном сечении каждый пучок представляет собой эллипс, сильно вытянутый по координате z. На рис. 2 приведены конфигурации амплитудных и фазовых фронтов для двух направленных навстречу друг другу двух пучков с волновыми векторами k1 и k2. Конфигурации для пучков k3 и k4 идентичны.

В результате интерференции в двумерной стоячей волне в ограниченной области пространства создаются некие подобия двумерных ловушек заряженных частиц. Эти ло вушки перемещаются в пространстве в направлении оси z, т.е. перпендикулярно направ лению волновых векторов исходных лазерных пучков. Скорость перемещения определя ется углом между амплитудным и фазовым фронтом. При угле равном 45о ловушки перемещаются со скоростью света c. Если лазерное излучение представляет собой им пульс с короткой длительностью, то ловушка может быть одна.

Структура электрического поля в ловушке является квазистационарной (по сравне нию с периодом световых колебаний). Она содержит как сильную продольную (вдоль на правления перемещения) компоненту, так и поперечную. Продольное электрическое поле обеспечивает ускорение электронов до большой энергии, а поперечное поле не только удерживает электроны от поперечного разлета, но и сжимает все захваченные ловушкой электроны до очень большой плотности, формируя электронные сгустки с размерами мно го меньше длины волны. Для получения более симметричного сжатия электронных сгуст ков число интерферирующих пучков желательно увеличивать. Распространение интерфе рирующих пучков точно навстречу друг другу может создавать проблемы в лазерной сис теме, генерирующей эти пучки. Поэтому более предпочтительным является использова ние нечетного числа пучков.

Рис. 1.

Рис. 2.

На основе предложенного принципа лазерного ускорения может быть создано новое поколение компактных ускорителей для широкого круга научных и технологических применений. При использовании существующих титан-сапфировых лазеров выходная энергия электронов в таких ускорителях может достигать величины несколько ГэВ.

Результаты, полученные в рамках работы по данному направлению, опубликованы в работах [1-3].

Вторая часть. Новые методы трансмутация ядер.

Проведен подробный теоретический анализ влияния линейно-поляризованного ла зерного излучения на скорость захвата атомных электронов ядрами. Оказалось, что необ ходимые интенсивности лазерного излучения для ускорения процесса электронного за хвата первого запрещения довольно велики: в настоящее время они реализуются в корот ких сверхмощных лазерных импульсах длительностью менее 1 пс и небольшой частотой повторения. Тем не менее, наблюдение усиления характеристического рентгеновского из лучения с переходами из LIII оболочки, по-видимому, возможно, хотя бы и в режиме счета рентгеновских фотонов. Значительная ионизация исследуемых атомов будет сопровож дать возможный процесс ускорения электронного захвата.

Проще реализация ускорения электронного захвата второго запрещения. Необходи мые интенсивности лазерного излучения могут быть достигнуты даже при фокусировке мощных непрерывных лазеров. Для предотвращения образования высокоионизованной плазмы эксперимент может заключаться в фокусировке лазерного излучения в сильно разреженные «облака» пара исследуемых атомов. Общее количество «рабочих» ядер бу дет невелико, что, однако, компенсируется непрерывностью лазерного воздействия. Заме тим, что за рамками приближения остались многие интересные ядра, в первую очередь легкие. Можно ожидать, например, что десятикратное ускорение электронного захвата 54Mn54Cr (t1/2 = 312 д) будет достигнуто уже при интенсивности лазерного излучения ~ 1011 – 1012 W/cm2.

Исследование ускорения возможного двойного безнейтринного захвата орбитальных электронов показало, что факторов ускорения его в сильном лазерном поле оказывается 2.

Самый сильный – за счет уменьшение расстройки основного состояния системы материн ского ядра и двух связанных (внутренних) электронов с возбужденным состоянием дочер него ядра за счет штарковского сдвига уровней энергии внутренних электронов в ионе по сравнению с атомом, т.е. в плазме. При этом ускорение электронного захвата из оболочек LIII и LI неонподобного 74Se в лазерном поле, необходимом только для поддержания плаз мы с такими ионами ~ 104, что даст для времени такого процесса в лазерном поле упомя нутой интенсивности величину ~ 51014 yr.

Результаты, полученные в рамках работы по второму направлению, опубликованы в работе [4].

Публикации и выступления на конференциях по результатам работ 1. V. Malka, "Laser plasma accelerators". Phys. Plasmas 19, 055501, (2012).

2. L. Galkin, V.V. Korobkin, M.Yu. Romanovsky, V.A. Trofimov, O.B. Shiryaev, "Acceleration of electrons to high energies in a standing wave generated by counterpropagating intense laser pulses with tilted amplitude fronts", Phys. Plasmas 19, 073102 (2012).

3. V.V. Korobkin, M.Yu. Romanovsky, V.A. Trofimov, O.B. Shiryaev, "Concept of generation of extremely compressed high-energy electron bunches in several interfering intense laser pulses with tilted amplitude fronts", Laser and Particle Beams, (2012).

4. М.Ю. Романовский, "Ускорение запрещенных захватов орбитальных электронов и двойных безнейтринных захватов электронов ядрами под действием лазерного излучения", УФН, Т.182, №7, С.781-786 (2012).

НАПРАВЛЕНИЕ 4:

Физика и фундаментальные основы практических приложений взаимодействия сверхсильных оптических полей с веществом Проект 4.1. Исследования упругопластических и прочностных свойств, образования наноструктур в объме поверхностного слоя металлов и полупроводников под действием мощных фемтосекундных лазерных импульсов (Руководитель проекта: М.Б. Агранат, ОИВТ РАН) Объектом исследования являются ударно-волновые процессы в конденсированных средах под действием нагрузок предельно короткой длительности, создаваемых с помо щью мощных фемтосекундных лазерных импульсов. Цель работы – разработка методов диагностики и проведение физических исследований.

1. Разработка фемтосекундной интерферометрической pump-probe методики измерений динамики деформации поверхностного слоя при однократном воздейст вии на мишень с использованием чирпированных импульсов.

В последнее время большое внимание уделяется изучению упругопластических и прочностных свойств материалов под действием ударных нагрузок предельно короткой длительности, создаваемых пико- и фемтосекундными лазерными импульсами. Основным недостатком стандартных фемтосекундных pump-probe методик является необходимость многократного воздействия на исследуемый образец с варьируемой временной задержкой между нагревающим и зондирующим импульсами. Это накладывает жесткие требования на стабильность лазерных импульсов, а также, что более важно, на однородность струк туры и толщины исследуемых образцов. Данным условиям в основном удовлетворяют тонкие пленки, нанесенные на полированные подложки.

В текущем году на базе Фемтосекундного лазерного комплекса ОИВТ РАН проведе на разработка интерферометрической методики с использованием частотно-модулирован ного (чирпированного) диагностического импульса для измерения динамики высокоско ростных деформаций поверхности при однократном воздействии мощных фемтосекунд ных импульсов. Осуществлена сборка, отработка и тестирование экспериментальной схе мы измерений (рис.1).

Рис. 1. Оптическая схема измерений Так как различные спектральные компоненты чирпированного импульса приходят на мишень в различные моменты времени, то на выходе спектрометра формируется вре менная развертка интерферограммы. Данная методика обеспечивает непрерывную регист рацию величины смещения поверхности образца в зависимости от времени в интервале 0250 пс с временным разрешением до 2 пс и пространственным разрешением 2 мкм по одной пространственной координате в плоскости мишени. Применяемый алгоритм Фурье анализа интерферограмм обеспечивает точность измерения величины смещения поверх ности на уровне 2-3 нм.

2. Измерение динамики деформации свободной поверхности алюминиевой мишени.

С помощью методики однократной непрерывной регистрации величины смещения поверхности образца в зависимости от времени проведено измерение динамики деформа ции и откольной прочности тыльной свободной поверхности алюминиевого образца тол щиной 760 нм под действием импульса сжатия, генерируемого при нагреве фронтальной поверхности фемтосекундным импульсом длительностью 40 фс с плотностью энергии 1013 Вт/см2. Пространственно-временная развертка изменения фазы в месте выхода удар ной волны и профили скорости свободной поверхности приведены на рис. 2 а,б.

Рис. 2. а – Пространственно-временная развертка фазы в области выхода ударной волны на тыльную поверхность алюминиевой мишени;

в результате воздействия импульса длитель ностью 40 фс с интенсивностью ~1013 Вт/см2 ;

б – профили скорости движения свободной поверхности при воздействии двух различных импульсов с одинаковыми параметрами (длительность 40 фс, с интенсивность ~1013 Вт/см2) Значение откольной прочности твердого алюминия solid 7 ГПа, определенное по декременту скорости свободной поверхности u fs (рис 2.б), хорошо согласуется с прове денными ранее измерениями методом фемтосекундной интерференционной микроскопии.

3. Экспериментальные исследования динамики деформации поверхностного слоя и прочности тантала в конденсированном состоянии при предельно высоких скоростях деформирования.

Воздействие ФЛИ позволяет исследовать прочностные свойства материалов в усло виях предельно высоких скоростей растяжения как в твердом состоянии (тыльный откол под действием ударной волны), так и в жидкой фазе (при фронтальной абляции).

С помощью фемтосекундной интерференционной микроскопии проведены измере ния порога абляции тантала (Fa =0.31 Дж/см2) и исследована динамика деформации фрон тальной и тыльной поверхности пленок тантала под действием импульсов длительностью 100 фс с интенсивностью до ~1013 Вт/см2.

Рис. 3. Зависимость смещения и скорости раз лета абляционного слоя тантала от времени при воздействии импульса длительностью 100 фс с плотностью энергии F= 1.1 Fa.

По измерениям динамики скорости разлета абляционного слоя u на фронтальной поверхности проведена оценка величины прочности жидкой фазы тантала вблизи абляци онного порога при скорости растяжения V / V ~109 с-1, составившая величину, примерно, 9 ГПа.

Публикации и выступления на конференциях по результатам работ С.И. Ашитков, Н.А. Иногамов, В.В. Жаховский, Ю.Н. Эмиров, М.Б. Агранат, И.И. Олейник, С.И. Анисимов, В.Е. Фортов, "Образование нанополостей в поверхностном слое алюминиевой мишени при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов» Письма в ЖЭТФ, т.95, № 4, с 192 – 197, (2012).

S.I. Ashitkov, M. B. Agranat, G. I. Kanel, V. E. Fortov «Approaching the Ultimate Shear and Tensile Strength of Aluminum in Experiments with Femtosecond Pulse Laser» 17th Topical Conference on Shock Compression of Condensed Matter, Chicago, USA June 26- July 1, 2011 (AIP Conf. Proc. V. 1426, pp. 1081-1084 (2012);

doi:http://dx.doi.org/10.1063/1.3686466).

S.I. Ashitkov, N.A. Inogamov, P.S. Komarov, V.V. Zhakhovsky, I.I. Oleynik, M.B. Agranat, G.I. Kanel, and V.E. Fortov, "Strength of metals in liquid and solid states at extremely high tension produced by femtosecond laser heating", International High Power Laser Ablation Conference, Santa-Fe, New Mexico, USA April 30-May 3 (AIP Conf. Proc. 1464, 120-125 (2012);

doi: 10.1063/1.4739866).

S.I. Ashitkov, A.V. Ovchinnikov, M.B. Agranat, "Interferometric Measurement of Melt Depth in Silicon Using Femtosecond Infrared Cr:forsterite Laser", International High Power Laser Ablation Conference, Santa-Fe, New Mexico, USA April 30-May 3 2012 (AIP Conf. Proc. 1464, 294 (2012);

doi: 10.1063/1.4739882).

N.A. Inogamov, V.V. Zhakhovsky, S.I. Ashitkov, V.A. Khokhlov, B.J. Demaske, S.I. Anisimov, M.B. Agranat, V.E. Fortov, I.I. Oleynik, "Ablation and Spallation of Metals by Femtosecond Laser Pulse", 226_proceeding, 19th EUROPEAN CONFERENCE ON FRACTURE, European Structural Integrity Society (ESIS), August 2012, Kazan, Russia, 10 pages. ISBN 978-5-905576-18- Проект 4.2. Создание филаментов, абляция и наномасштабная фокусировка поверхностных электромагнитных полей под действием мощных субпикосекундных импульсов УФ-, видимого и ИК-излучения (Руководитель проекта: А.А. Ионин, ФИАН) 1. На гибридной Ti:Sapphire/KrF лазерной системе ГАРПУН-МТВ исследована фи ламентация одиночных тераваттных субпикосекундных УФ лазерных импульсов и не скольких последовательных импульсов в окнах широкоапертурных KrF усилителей и при распространении вдоль воздушной трассы длиной ~ 100 м. Оптическая система зеркал фокусировала лазерный пучок с числовой апертурой 3 10-4 на расстоянии 60 м от оконеч ного усилителя. Распределение энергии излучения в различных сечениях лазерного пучка вдоль трассы измерялось с помощью разработанной методики, основанной на люминесцен ции стекла под действием УФ излучения, которая регистрировалась ССD камерой, синхро низованной с лазерным импульсом. Полученные распределения (Рис. 1) свидетельствуют о множественной филаментации лазерного пучка, пиковая мощность которого в этих экспе риментах достигала 0.5 ТВт, что на много порядков величины превышает критическую мощность филаментации (~108 W) для УФ излучения с длиной волны = 248 нм.

а б с Рис. 1. Распределение плотности энергии по сечению лазерного пучка на различных расстояниях от фокуса 40 м (а);

30 м (б) и в фокусе (с) Хотя филаменты заполняют все сечение пучка, на небольших расстояниях от око нечного усилителя (Рис. 1а) прослеживается группирование филаментов вдоль неодно родностей пучка, обусловленных блочной структурой окон KrF лазерного усилителя.

Плотность филаментов возрастает по мере фокусировки пучка (Рис. 1б), и вблизи фокуса они неразличимы из-за перекрытия. За фокусом дискретная структура филаментов вновь проявлялась, хотя и не столь отчетливо. В целом, диаметр лазерного пучка изменялся в соответствии с геометрией фокусировки. Это сильно отличается от множественной фила ментации лазерного излучения ближнего ИК диапазона (например, титан-сапфирового лазера), где обычно наблюдается протяженная область нелинейной фокусировки со ском пенсированной расходимостью. Для цуга субпикосекундных УФ импульсов картина фи ламентации качественно сохранялась. Она оставалась подобной и при короткофокусной фокусировке зеркалом с фокусным расстоянием F = 8 м, которая использовалась для управления высоковольтными разрядами. В этом случая из измерений проводимости плазменного канала найдена средняя плотность электронов вблизи фокуса, составившая ne=1,61015 см-3, что как минимум в 100 раз превышает электронную плотность, создавае мую гладкими 100-нс лазерными импульсами.

2. Экспериментально продемонстрированы преимущества амплитудно-модулирован ных 100-нс УФ лазерных импульсов, полученных путем инжекции усиленного цуга субпикосекундных импульсов в неустойчивый телескопический резонатор оконечного усилителя, для управления высоковольтными электрическими разрядами в атмосфере.


При фокусировке таких импульсов с энергией ~10 Дж в промежуток между двумя полусферическими электродами с радиусом 15 мм, установленными на расстоянии 8 см, пробой промежутка происходил при минимальной величине приложенного постоянного напряжения U = 28 кВ, причем наблюдалось развитие разряда вдоль направления лазерного пучка (Рис. 2). Глад кие 100-нс импульсы с той же энергией, генери руемые без инжекции субпикосекундных импуль сов, инициировали пробой такого же промежутка при напряжении U = 60 кВ, причем разряд разви вался вдоль случайной траектории. В отсутствие лазерной подсветки самопробой наблюдался для напряжений в диапазоне Ubr= 80100 кВ, что со ответствует средней напряженности электрическо го поля 1012,5 кВ/см. Временная задержка раз вития разряда относительно лазерного импульса в случае амплитудно-модулированных импульсов не превышала 10 микросекунд, а для гладких лазер ных импульсов достигала 600-700 мкс.

Для исследования электрических разрядов длиной ~1 м был изготовлен и запущен испыта тельный стенд на основе высоковольтного им пульсного генератора Маркса, рассчитанный на напряжение до 500 кВ и различную конфигурацию Рис. 2. Фотография межэлектродно электродов. Начаты сравнительные эксперименты го промежутка (вверху) и коммути по коммутации и управлению длинными разряда руемого электрического разряда в ми УФ лазерными импульсами. с различной случае гладкого лазерного импульса длительностью, пиковой мощностью и временным и амплитудно-модулированного профилем.

импульса (l=8 см) 3. Проведенные измерения распределения интенсивности лазерного излучения стар тового комплекса в фокальной плоскости фокусирующей системы показали, что фокуси рующая оптика вносит заметные аберрации, в частности астигматизм. Коррекция данных аберраций в автоматическом режиме была затруднена. Для устранения остаточных аберра ций фокусирующей оптики и создания заданных профилей волнового фронта нами была разработана новая методика. Для датчика волнового фронта создавались специальные опорные картины со смещением точек, соответствующим аберрациям определенного типа.

В частном случае были созданы опорные картины для аберраций дефокусировки, астигма тизма, сферической аберрации. Затем в режиме замкнутой обратной связи происходила подстройка профиля адаптивного зеркала для воспроизведения заданной опорной картины.

Затем набор соответствующих управляющих напряжений регистрируется, нормируется и используется в качестве весовых коэффициентов для так называемой «группы». Таким об разом, можно создавать «группы», воспроизводящие заданные аберрации. При помощи адаптивной оптики на стартовом комплексе (генерирующем на основной длине волны нм, второй и третьей гармонике) были проведены тестовые эксперименты по влиянию сфе рической аберрации на режимы филаментации излучения. В рамках этих экспериментов, сначала при помощи астигматических групп компенсировался остаточные аберрации фоку сирующей системы, а затем вводилась сферическая аберрация заданной амплитуды.

лазер 744 нм, 6 мДж Рис. 3. Распределения электронной плот ности в относительных единицах вдоль 370 нм, 0.6 мДж плазменного канала, полученная для трех длин волн 740, 370, 248 нм с энергиями 6, 0.6 и 0.25 мДж, соответственно. Ноль со 248 нм, 0.25 мДж ответствует положению геометрического фокуса -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 Расстояние, см Регистрация распределения излучения в дальней зоне и продольная визуализация плазменного канал осуществлялись с помощью ПЗС матрицы. Пространственное попе речное распределение интенсивности излучения в области плазменного канала осуществ лялось с помощью ПЗС матрицы, на которой строилось изображение экрана, на который клином отводилось излучение из плазменного канала (эксперименты проводились в мо ноимпульсном режиме). Измерение относительного распределения электронной плотно сти вдоль плазменного канала осуществлялось с помощью двух электродов, между кото рыми располагался плазменный канал. Перемещение электродов вдоль оптической оси позволяло определить распределение плотности плазмы вдоль канала. В ходе этого экспе римента также определялась длина плазменного канала. На трех длинах волн (фокусное расстояние ~1 м) было проведено измерение распределения электронной плотности плаз мы вдоль плазменного канала длиной ~20 см, образующегося под воздействием лазерного излучения (Рис. 3). Ноль на графиках соответствует положению геометрического фокуса, излучение падает слева. В отличие от более ранних представлений, продемонстрировано существование плазмы за геометрическим фокусом фокусирующей системы.

Проведены эксперименты по изучению влияния аберраций на форму плазменного канала. На Рис. 4 показано распределение поля лазерного излучения в фокальной плоско сти. Рис. 4а – излучение лазера без компенсации аберраций, 4b – компенсация с помощью адаптивной оптики, c и d – внесение искусственных сферических аберраций, соответст венно положительных и отрицательных. Проведенные эксперименты показали, что внесе ние сферических аберраций приводит к удлинению плазменного канала (Рис. 5).

Рис. 4. Распределение поля лазерного излучения в фокальной плоскости. а – без ком пенсации аберраций, b – компенсация с помощью адаптивной оптики, c и d – искусственные положительные и отрицательные сферические аберрации, соответственно a b ca Рис. 5. Изображения плазменных каналов, полученные с помощью ПЗС матрицы для раз личных аберраций. а – исправленный пучок, b – положительная сферическая аберрация, c – отрицательная сферическая аберрация. 740 нм, 2 мДж, фокусное расстояние ~200 мм Проведены эксперименты по филаментации в воздухе мощного сфокусированного фемтосекундного лазерного излучения, прошедшего различные апертурные диафрагмы. В режиме множественной филаментации установлена зависимость протяженности и про странственной структуры участка филаментации от начального профиля пучка. Обнару жено, что профилирование светового пучка с помощью диафрагмы в ряде случаев приводит к смещению участка филаментации и повторной самофокусировке излучения после линей ной фокальной перетяжки пучка. При этом в пучке без диафрагмы той же мощности в ре жиме формирования одного филамента, он заканчивается перед геометрическим фокусом.

4. Выполнен приближенный анализ эффекта фокусировки интенсивной (напряжен ность поля 109 В/м) поверхностной электромагнитной волны (ПЭВ) в виде -пакета при ее радиальном распространении на поверхности алюминия в режиме самовоздействия ПЭВ. Анализ проведен с учетом известной зависимости мгновенных оптических постоян ных фотовозбужденного материала от интенсивности фемтосекундного лазерного излуче ния и электронной температуры материала, а также с учетом затухания ПЭВ и дифракции.

В расмотренной геометрии возбуждение ПЭВ осуществлялось ИК (800 нм) ультракорот кими (100 фс) лазерными импульсами на кольцеобразной дифракционной структуре диа метром (1-10 мкм) в диапазоне плотностей энергии падающего УКИ 1-30 ТВт/см2. Расче ты показали рост интенсивности ПЭВ на 2 порядка – до 1 ПВт/см2 – с достижением око лоатомных значений ЭМ полей (напряженность поля 1010 В/м).

С помощью оптической микроскопии с фемтосекундным временным разрешением исследованы фундаментальные механизмы фемтосекундной лазерной абляции материа лов, используемые в наноструктурировании их поверхности в ходе формирования плаз монных нанолинз.

Публикации и выступления на конференциях по результатам работ Публикации в журналах 1. 1. A.A. Ionin, S.I. Kudryashov, A.O. Levchenko, L.V. Seleznev, A.V. Shutov, D.V. Sinitsyn, I.V. Smetanin, N.N. Ustinovsky, V.D. Zvorykin, Triggering and guiding electric discharge by a train of UV picosecond pulses combined with a long UV pulse, Appl. Phys. Lett., 100, 104105 (2012).

2. A. A. Ionin, S.I. Kudryashov, A.O. Levchenko, L.V. Seleznev, A.V. Shutov, D.V. Sinitsyn, I.V. Smetanin, N.N. Ustinovsky, and V.D. Zvorykin, "Triggering and guiding electric discharge by a train of ultrashort UV pulses", AIP Conf. Proc. 1464, pp. 711-720;

(2012) doi:http://dx.doi.org/10.1063/1. 3. Ю.Э. Гейнц, А.А. Землянов, Н.А. Изюмов, А.А. Ионин, С.И. Кудряшов, Л.В. Селезнев, Д.В. Синицын, Е.С. Сунчугашева, "Самофокусировка профилированных световых пучков ультракороткого лазерного излучения в воздухе", ЖЭТФ, 143, вып.2, (2013) (принята к печати).

4. Ю.Э. Гейнц, А.А. Землянов, А.А. Ионин, С.И. Кудряшов, Л.В. Селезнев, Д.В. Синицын, Е.С. Сунчу гашева, "Нелинейное распространение мощного фокусируемого фемтосекундного лазерного импульса в воздухе при атмосферном и пониженном давлении", Квантовая электроника, 42, 319 (2012).

5. А.А. Дергачев, А.А. Ионин, В.П. Кандидов, Л.В. Селезнев, Д.В. Синицын, Е.С. Сунчугашева, С.А. Шленов, "Филаментация фемтосекундных ИК и УФ импульсов при фокусировке в воздухе", Кван товая электроника (2013) (принята к печати).

6. A.A. Ионин, С.И. Кудряшов, Л.В. Селезнев, Д.В. Синицын, А.Ф. Бункин, В.Н. Леднев, С.М. Першин, "Термическое плавление и абляция поверхности кремния фемтосекундным лазерным излучением", ЖЭТФ 143, №2 (2013).

Доклады на конференциях 1. В.Д. Зворыкин, А.А. Ионин, А.О. Левченко, Л.В. Селезнев, Д.В. Синицын, И.В. Сметанин, Н.Н. Устиновский, А.В. Шутов, "Создание протяженных ионизованные каналов в атмосфере с помощью субтераваттных модулированных УФ лазерных импульсов", XXXIX Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 6-10 февраля 2012 г., Звенигород.

2. A.A. Ionin, S.I. Kudryashov, A.O. Levchenko, L.V. Seleznev, A.V. Shutov, D.V. Sinitsyn, I.V. Smetanin, N.N. Ustinovsky, and V.D. Zvorykin, "Triggering and guiding electric discharge by a train of ultrashort UV pulses" (invited), Int. Conf. High Power Laser Ablation HPLA 2012, 30 April-3 May 2012, Santa Fe, NM, USA.

3. A.A. Ionin, S.I. Kudryashov, A.O. Levchenko, L.V. Seleznev, A.V. Shutov, D.V. Sinitsyn, I.V. Smetanin, N.N. Ustinovsky, V.D. Zvorykin, "Triggering and guiding electric discharge by a train of sub-TW ultrashort UV pulses", (invited)15-th International Conference Laser Optics 2012 St.Petersburg, June 25-29, 2012.


4. V.D. Zvorykin, A.A. Ionin, A.O. Levchenko, L.V. Seleznev, A.V. Shutov, D.V. Sinitsyn, I.V. Smetanin, N.N. Ustinovskii, "Amplification of a train of UV picosecond subTW pulses combined with a 100-ns pulse at GARPUN-MTW KrF laser facility", (invited), 15th International Conference on Laser Optics LO-2012, June25 29, 2012, S. Petersburg.

5. 5. I.V. Smetanin, A.O. Levchenko, A.V. Shutov, N.N. Ustinovskii, V.D. Zvorykin, "Resonance enhanced multi photon ionization of atmospheric air in the field of high-power UV laser radiation", 15th International Conference on Laser Optics LO-2012, June25-29, 2012, S. Petersburg.

6. V.D. Zvorykin, A.A. Ionin, A.O. Levchenko, L.V. Seleznev, D.V. Sinitsyn, I.V. Smetanin, N.N. Ustinovskii, A.V. Shutov, "Extended plasma channels in the atmospheric air produced by UV Ti:Sapphire/KrF GARPUN MTW laser for guiding MW radiation and HV electric discharge," (keynote lecture), 25th Symposium on Plasma Physics and Technology, June 18-21, 2012, Prague, Czech Republic.

7. A.A. Ionin, S.I. Kudryashov, A.O. Levchenko, L.V. Seleznev, A.V. Shutov, D.V. Sinitsyn, I.V. Smetanin, E.S. Sunchugasheva, N.N. Ustinovsky, V.D. Zvorykin, "Triggering and Guiding of Electric Discharge by a Train of Sub-TW UV Laser Pulses", (invited), The 2nd International Symposium on Laser Interaction with Matter, Sept. 9th~12th, Xi’an, Shaanxi, P. R. China, 2012.

8. V.D. Zvorykin, A.A. Ionin, A.O. Levchenko, L.V. Seleznev, A.V. Shutov, D.V. Sinitsyn, I.V. Smetanin, N.N. Ustinovskii, "Enhanced Atmospheric Air Ionization by Combined Short (ps) & Long (100-ns) UV Laser Pulses at Ti:Sapphire/KrF GARPUN-MTW Facility", 19th International High Power Systems and Applications 2012 Symposium HPLS&A 2012, September 10-14, 2012.

9. A.A. Ionin, S.I. Kudryashov, A.O. Levchenko, L.V. Seleznev, A.V. Shutov, D.V. Sinitsyn, I.V. Smetanin, N.N. Ustinovsky, and V.D. Zvorykin, "Triggering and guiding electric discharge by a train of ultrashort UV pulses and a long UV pulse emitted by a hybrid Ti:Sapphire – KrF laser facility", (invited), Int. SPIE Conf.

Security + Defence, 24-27 Sept 2012, Edinburgh, UK.

10. V.D. Zvorykin, A.A. Ionin, A.O. Levchenko, L.V. Seleznev, A.V. Shutov, D.V. Sinitsyn, I.V. Smetanin, N.N. Ustinovskii, "Effects of picosecond terawatt UV laser beam filamentation and a repetitive pulse train on creation of prolonged plasma channels in atmospheric air", Charge and Neutral Particles Channeling Phenomena Channeling 2012, September 23-26, 2012, Alghero, Italy.

11. А.В. Шутов, В.Д. Зворыкин, А.О. Левченко, И.В. Сметанин, Н.Н. Устиновский, "Влияние электрическо го поля на время жизни электронов в воздушной лазерной плазме", Российская молодежная конферен ция по физике и астрономии «ФизикА. СПб.», октябрь 24-25, 2012 г., С.Петербург.

12. Ю.Э. Гейнц, А.А. Землянов, Н.А. Изюмов, А.А.Ионин, С.И.Кудряшов, Л.В.Селезнев, Д.В.Синицын, Е.С.Сунчугашева, Самофокусировка фемтосекундных лазерных импульсов при амплитудной модуляции их поперечного профиля, XIV Школа молодых ученых «Актуальные проблемы физики» Пансионат «Звенигородский», 1115 ноября 2012.

13. Е.С. Сунчугашева, А.А. Ионин, С.И. Кудряшов, Л.В. Селезнев, Д.В. Синицын, "Особенности филамен тации острофокусированного фемтосекундного лазерного излучения", XIV Школа молодых ученых «Актуальные проблемы физики» Пансионат «Звенигородский», 1115 ноября 2012.

Проект 4.3. Исследование физических свойств вещества в экстремальных условиях на тераватной установке "Камертон-Т" (Руководитель проекта: П.П. Пашинин, И.К. Красюк, ФИАН, ИФТТ РАН) В Отчете представлены новые результаты экспериментальных исследований меха нической прочности вещества в области отрицательных давлений при ударно-волновом воздействии на мишень, создаваемым лазерным импульсом длительностью 70 пс.

Эксперименты проведены на тераваттной лазерной установке на неодимовом стекле "Камертон-Т" при интенсивности лазерного излучения на мишени до 6.2·1013 Вт/см2. При этом величина абляционного давления достигала величины 13.5 Мбар. В качестве объек тов исследования использованы мишени из алюминия, сплава АМг6М, ПММА, тантала, меди, свинца, вольфрама, палладия, кремния и углерода.

Для получения сведений о динамической механической прочности исследуемых ма териалов использовано явление откола. Это явление возникает на тыльной (свободной), стороне мишени в результате отражения импульса давления, генерируемого действием импульса лазерного излучения на ее лицевой поверхности. В результате отражения сво бодная поверхность мишени приходит в движение, что вызывает распространение волны растяжения навстречу волне сжатия. На некотором расстоянии от тыльной поверхности давление в мишени может стать отрицательным, причем растягивающее напряжение мо жет превысить предел прочности материала на разрыв, что приведет к образованию от кольного слоя, который отделится и отлетит от исходного образца. Для определения вели чин откольной прочности и скорости деформирования материала использован подход, ос нованный на измерении глубины откольной выемки после импульсного лазерного воздей ствия на мишень и измерения скорости откольного слоя с последующим математическим моделированием ударно-волнового процесса в исследуемой мишени.

Интерес к исследованию вещества в области отрицательных давлений связан с тем, что при этом могут быть получены новые данные об уравнениях состояния, фазовых пе реходах, полиморфных превращениях и механизмах разрушения материала при растяги вающих нагрузках в ранее неизученных областях фазовых диаграмм. В настоящее время наиболее интересным является использование лазерных импульсов в пикосекундной и фемтосекундной диапазонах длительностей и, соответственно, приводящих к весьма ко ротким длительностям растягивающих напряжений.

I. Условия экспериментов.

Эксперименты выполнены на лазерной установке на неодимовом стекле "Камертон-Т" Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН (внешний вид показан на Рис. 1). Ос новное излучение преобразовано во вторую гармонику с длиной волны излучения 0.527 мкм. Энергия в импульсе лазерного излучения достигала величины 1.5 Дж. Лазерное излучение фокусировалось на мишени в пятна диаметром от 0.2 до 0.8 мм. При этом мак симальная величина плотности потока лазерного излучения в области фокусировки дости гала величины 6.2·1013 Вт/см2, а абляционное давление – 13.5 Мбар.

Мишени представляли собой пластины из исследуемых материалов толщиной от 50 до 220 мкм.

За отчетный период установка оснащена системами компьютерного контроля юсти ровкой лазерного луча на входе в семипроходный усилитель, при его проходе через диа фрагмы пространственных фильтров и за положением мишени относительно пятна фоку сировки.

Для определения момента времени откола, что важно при экспериментах с больши ми амплитудами ударно-волнового воздействия, разработан и реализован электро контактный метод измерения скорости откольного слоя.

Рис. 1. Фотография внешнего вида установки "Камертон-Т", слева – камера взаимодействия, справа – оконечные каскады с пространственными фильтрами II. Экспериментальное исследование механических свойствах алюминия, алю миний-магниевого сплава АМг6М и полиметилметакрилата в области отрицатель ных давлений, создаваемых действием лазерного излучения пикосекундной дли тельностью 70 пс на установке "Камертон-Т".

Ранее, в 2011 г. при экспериментальных исследованиях динамической прочности алюминия, алюминий-магниевого сплава АМг6М и полиметилметакрилата (ПММА) было установлено, что при умеренных амплитудах ударно-волнового воздействия полученные данные находятся в соответствии с известными из литературы данными. За отчетный пе риод увеличение амплитуды ударно-волнового воздействия длительностью 70 пс привело к получению новых данных для мишеней из алюминия: наблюдается резкий рост отколь ной прочности в зависимости от скорости деформирования V V0 (V — удельный объм, а V — скорость его изменения во времени), Рис. 2. Для полноты картины на рисунке пока заны не только результаты настоящей работы, но и данные других экспериментов, извест ные из литературы.

Рис. 2. Зависимость откольной прочности алюминия от скорости деформирования.

Сплошная кривая является аппроксимацией экспериментальных данных (в количестве 85), опубликованных в работах [1–7], штриховая кривая – ее продолжение в область больших скоростей деформирования.

Значки – экспериментальные данные: – [1], – [3], – [8], – настоящая работа Зарегистрированный рост откольной прочности алюминия связан с тем, что в этих экспериментах увеличение скорости деформирования достигалось не только сокращением длительности воздействия, но и повышением амплитуды ударного воздействия, а это при водит к упрочнению исследуемых материалов. В этом случае могут исчезать дефекты ма териала, приводящие к его преждевременному отколу. Этот вывод так же подтверждает рентгеноструктурный анализ мишеней из алюминия и свинца на дифрактометре ДРОН- после ударного воздействия амплитудой 1.5 Мбар.

Измерения показали, что в этом случае не происходит изменения кристаллической структуры вещества мишени – новые фазы не образуются. Обнаружено уширение рентге новских дифракционных линий, что указывает на появление микродеформаций или/и на уменьшение размеров кристаллических зерен. Наблюдаемые структурные изменения при водят к необходимости более высоких напряжений для разрушения материала и, следова тельно, повышают предел его прочности, что и наблюдается в проведенных экспериментах.

III. Экспериментальное исследование механических свойствах тантала, меди, свинца, вольфрама, палладия, кремния и углерода в области отрицательных давле ний, создаваемых действием лазерного излучения пикосекундной длительностью пс на установке "Камертон-Т".

Некоторые из этих результатов показаны на Рис. 3. В целом, полученные данные на ходятся в соответствии с литературными данными. В случае свинца наблюдается увели чение откольной прочности при увеличении ударно-волнового воздействия, что так же указывает на упрочнение этого материала.

Рис. 3. Зависимости откольной прочности свинца, меди и тантала от скорости деформи рования. Сплошные кривые являются аппроксимацией известных экспериментальных – настоящая работа.

данных. Значки – экспериментальные данные:,, IV. Разработка и создание численного гидродинамического кода с использова нием широкодиапазонных уравнений состояния исследуемых материалов.

Для расчетов скорости деформирования и откольной прочности использован чис ленный код, созданный по схеме типа Куранта–Изаксона–Риса на основе уравнений гид родинамики (Куликовский А.Г., Погорелов Н.В., Семенов А.Ю., "Математические вопросы численного решения гиперболических систем уравнений". Издание 2е, дополнное и исправленное. Москва, ФИЗМАТЛИТ, 2012. 656 с.). В коде были использованы широкодиапазонные полуэмпирические уравнения состояния исследуемых веществ (за отчетный период используемый гидродинамический код дополнен полуэмпирическими широкодиапазонными уравнения состояния Ta, W, Cu, Pd, C, Si и Pb – это оказалось довольно трудоемкой задачей). В расчетах предполагалось, что форма импульса абляционного давления на лицевой поверхности мишени повторяет форму импульса лазерного излучения. Связь между амплитудой импульса абляционного давления Рa (Мбар) и интенсивностью лазерного излучения Iл (Вт/см2) задавалась полуэм пирической формулой [2]:

Ра=12·(10-14 Iл·)2/3·()-2/3·(А/2·Z)3/ при Iл 1012 Вт/см2, где — длина волны лазерного излучения (мкм), А — атомный вес, Z — атомный номер вещества мишени.

В большинстве экспериментов фиксировалась величина интенсивности лазерного импульса, при которой возникало появление откола. Один из примеров численного моде лирования показан на рис 4. В случае одновременного измерения скорости откольного слоя не было ограничения в амплитуде ударного воздействия.

Рис. 4. Пример результатов численного моделирования распространения ударной волны по мишени из алюминия толщиной 50 мкм. а – график изменения давления во времени в плоскости откола (х = 42 мкм), б – график зависимости скорости деформирования от вре мени в плоскости откола Заключение Основной результат исследований состоит в том, что получены новые данные о прочности материалов при высоких скоростях деформирования более 107 с1. Было выяс нено, что поведение вещества в области отрицательных давлений зависит в большой сте пени от предыстории динамического нагружения, включающей в себя много факторов, среди которых существенное значение имеют как амплитуда, так и длительность импуль са ударного сжатия мишени. Полученные результаты могут найти применение при созда нии конструкционных элементов, подверженных воздействию высококонцентрированных потоков излучения.

Цитируемая литература:

Вовченко В.И., Красюк И.К., Пашинин П.П., Семенов А.Ю. // Прикладная физика. 2009. № 1. С. 12–17.

1.

Moshe E., Eliezer S., Henis z. et al. // Appl. Phys. Lett. 2000. V. 76. № 12. P. 1555–1557.

2.

Eliezer S., Gilath I., Bar-noy T. // J. Appl. Phys. 1990. V. 67. № 2. P. 715–724.

3.

Fortov V.E., Kostin V.V., Eliezer S. // J. Appl. Phys. 1991. V. 70. № 8. P. 4524–4531.

4.

Moshe E., Eliezer S., Dekel E. et al. // J. Appl. Phys. 1998. V. 83. № 8. P. 4004–4011.

5.

6. Bachmann H., Baumung K., Kanel G.I. et al. // Proceedings of the 9th int. Conf. On high power particle beams, Washington dc, may 25–29, 1992 / eds. Mosher d., cooperstein g. Springfield, va: ntis, 1993. V. 2. P. 963–968.

7. Канель Г.И., Разоренов С.В., Уткин А.В., Фортов В.Е. Ударно-волновые явления в конденсированных средах. М.: Янус-К, 1996. 407 с.

8. Ашитков С.И., Агранат М.Б., Канель Г.И. и др. // Письма в Жэтф. 2010. Т. 92. № 8. С. 568–573.

Публикации и выступления на конференциях по результатам работ Статьи 1. С.А. Абросимов, А.П. Бажулин, В.В. Воронов, И.К. Красюк, П.П. Пашинин, А.Ю. Семенов, И.А. Стуче брюхов, К.В. Хищенко. Исследование механических свойств алюминия, сплава АМг6М и полиметил метакрилата при высоких скоростях деформирования под действием лазерного излучения пикосекунд ной длительности. ДАН, 2012, том 442, № 6, стр. 752 – 754.

2. Abrosimov S.A., Bazhulin A.P., Voronov V.V., Krasyuk I.K., Pashinin P.P., Semenov A.Yu., Stuchebryukhov I.A., Khishchenko K.V. Study of matter properties at negative pressures using picosecond laser pulses. XXVII International Conference Equations of State for Matter. March 1- 6, 2012, Elbrus, Kabardino-Balkaria, Russia.

Труды конференции: Physics of Extreme States of Matter – 2012. Chernogolovka, 2012. P. 85 – 87.

3. Абросимов С.А., Бажулин А.П., Красюк, И.К., Пашинин П.П., Семенов А.Ю., Стучебрюхов И.А., Хи щенко К.В. Исследование механических свойств вещества в области отрицательных давлений, созда ваемых действием лазерного импульса пикосекундной длительности. Труды IX международной конференции «Забабахинские научные чтения», 16–20 апреля 2012 г. Снежинск, Челябинская область, Россия. Труды ЗНЧ – 2012 XI Международная конференция. На сайте http://www.vniitf.ru/index.php/2009 04-02-05-19-44/2009-04-02-05-20-16/2010-08-19-11-17-56/168--2012-/1114--2012, статья в секции 4 4-23.pdf.

4. Куликовский А.Г., Погорелов Н.В., Семенов А.Ю. Математические вопросы численного решения ги перболических систем уравнений. Издание 2е, дополнное и исправленное. Москва, ФИЗМАТЛИТ, 2012.

656 с.

Тезисы докладов 1. I.K. Krasyuk, S.A. Abrosimov, A.P. Bazhulin, V.V. Voronov, P.P. Pashinin, A.Yu. Semenov, I.A.

Stuchebryukhov, K.V. Khishchenko. Particularities of properties of matter in the field of negative pressures created by means of picosecond laser pulse. XXVII International Conference Equations of State for Matter.

March 1- 6, 2012, Elbrus, Kabardino-Balkaria, Russia. Сборник тезисов на сайте http://www.ihed.ras.ru/elbrus12/.

2. Абросимов С.А., Бажулин А.П., Красюк, И.К., Пашинин П.П., Семенов А.Ю., Стучебрюхов И.А., Хи щенко К.В. Исследование механических свойств вещества в области отрицательных давлений, созда ваемых действием лазерного импульса пикосекундной длительности. XI международная конференция «Забабахинские научные чтения», 16–20 апреля 2012 г., г. Снежинск, Челябинская область, Россия.

Тезисы ЗНЧ, стр. 193, на Веб сайте Конференции http://www.vniitf.ru/index.php/2009-04-02-05-19 44/2009-04-02-05-20-16/2010-08-19-11-17-56/168--2012-/1115--2012.

3. Abrosimov S.A., Bazhulin A.P., Krasyuk, I.K., Pashinin P.P., Semenov A.Yu. Stuchebryuhov I.A., Khishchenko K.V. Mechanical properties of matter in the area of negative pressures generated by the picoseconds laser pulse. 10TH Workshop Complex systems of charged particles and their interaction with elec tromagnetic radiation and 50 years of self-focusing. April 19-20, 2012 Physical Sciences Department of RAS, Moscow, Russia, A.M.Prokhorov General Physics Institute, Moscow, Russia. Abstracts, p. 35. Веб сайт Конференции http://www.gpi.ru.

4. Красюк И.К., Пашинин П.П., Семенов А.Ю, Стучебрюхов И.А., Хищенко К.В. Особенности использо вания лазерного интерферометра и применимости акустического приближения при изучении ударно волновых откольных явлений. 10-ый Российский симпозиум Проблемы физики ультракоротких процессов в сильнонеравновестных средах. 2 – 11 августа, 2012, Новый Афон, Абхазия. Тезисы докладов, стр. 5. Веб сайт Симпозиума http://www.ihed.ras.ru/afon12.

5. Абросимов С.А., Бажулин А.П., Красюк, И.К., Пашинин П.П., Семенов А.Ю., Стучебрюхов И.А., Хи щенко К.В. Экспериментальное исследование механических свойств вещества в области отрицательных давлений, создаваемых действием лазерного импульса пикосекундной длительности. 10-ый Российский симпозиум Проблемы физики ультракоротких процессов в сильнонеравновестных средах. 2 – августа, 2012, Новый Афон, Абхазия. Тезисы докладов, стр. 6. Веб сайт Симпозиума http://www.ihed.ras.ru/afon12.

6. Стучебрюхов И.А., Абросимов С.А., Бажулин А.П., Красюк И.К., П.П. Пашинин, Семенов А.Ю., Хи щенко К.В. Исследование свойств вещества при отрицательных давлениях, создаваемых действием ла зерного импульса пикосекундной длительности. 5th Workshop on Plasma Physics with Intense Laser and Heavy Ion Beams, 8-9 October 2012, Moscow, Russia. Сб. тезисов, стр. 5.

Проект 4.4. Комплексные экспериментальные исследования динамики ультрабыстрых процессов в конденсированных и газовых средах при воздействии сверхсильных фемтосекундных полей оптического и ИК диапазона (Руководитель проекта: С.В. Чекалин, ИСАН) 1. Диагностика и исследование молекулярных нанокластеров при ИК возбуж дении фемтосекундным лазерным излучением.

Исследована внутримолекулярная и внутрикластерная динамика при резонансном возбуждении колебаний CO в области 4.95 мкм. Зондирование производилось УФ излу чением на длине волны 266 нм. Для молекул Fe(CO)5 в результате их ИК возбуждения в масс-спектре обнаружено изменение соотношения образующихся (под действием зонди рующего УФ импульса) продук тов. Наблюдаемая для молеку лярного иона Fe(CO)5+ кинетика (а), содержит три характерных времени, самое быстрое из ко торых 1 порядка длительности лазерных импульсов (~150 фс), более долгие характерные вре мена 2 15 пс и 3 300 пс. В случае кластеров (Fe(CO)5)N в результате их ИК возбуждения в масс-спектре также наблюдается изменение состава и соотношения образующихся про дуктов. Наблюдаемая кинетика деградации сигнала от имеющих кластерную природу ионных продуктов с массами более массы Fe2(CO)6 (б) содержит как минимум два харак терных времени: 1 2 пс, 2 1.5 нс, отражающих особенности распада кластеров в ре зультате внутрикластерного перераспределения колебательной энергии. В настоящее вре мя ведется интерпретация полученных результатов.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.