лазерна плазма

ЛАЗЕРНА ПЛАЗМА - нестационарна плазмена среда, образувана, когато веществото е изложено на мощно лазерно лъчение. Например, L. елементът възниква при оптичен. разпадане в газообразна среда (лазерна искра); когато плоска твърда мишена ("факел") се облъчва с лазер; в оптични разряди, поддържани от лазерно лъчение; в лазерни термоядрени цели. Лазерът е получен за първи път експериментално в лазерна искра (1963).

Характерни признаци на L. p. 1) Наличието на силно взаимодействие на електромагнитите. полето на лазерно излъчване с честота w с електрони и плазмени йони в областта e с плътността на електроните, водещо до неравновесие на f-тионите на разпределението на заряда. частици. 2) Съществуването на потоци радиация и частици от абсорбционната зона във вътрешността на веществото и образуването (когато е изложено на твърда среда) на плазмен регион с pncr 3) Силна пространствена нехомогенност. 4) Многокомпонентен йонен състав. 5) Нестационарност: животът на LP се определя от продължителността на импулса, инерцията на веществото и времето на разширяване. Характерното време е хидродинамично. разширение (L е характерният размер на траекторията на полета, е скоростта на разширяване). 6) Излъчване на топлинно излъчване в широк спектрален диапазон. 7) Широк диапазон от измерени параметри: cm

3; 1 keV 4 eV; 10 -11 s -3 s; скорост на разширение до 10 8 cm/s; налягане над 10 Mbar.

Под действието на лазерно лъчение върху среда възниква лазерно лъчение, ако плътността на радиационния поток q (W/cm 2) надвишава определена прагова стойност, която зависи от дължината на вълната на лазерното лъчение и от параметрите на средата. Има три етапа от съществуването на L. p.: Етапът на началото. йонизация и оптична разпадане на материята, образуването на действителната плазма; етапът на взаимодействие (абсорбция, отражение, пречупване) на лазерно лъчение с плазма, нагряване до високи температури, повишаване степента на йонизация; етап на разширение, образуване на йонни потоци, охлаждане на плазмата.

Физически явления в L. стр. Във всички разновидности на L. нач. етапът на плазмообразуване е свързан с оптичен пробив, появата на който се обяснява с два механизма: йонизация чрез електронен удар с последващо образуване на лавина от електронна и многофотонна йонизация. Първият механизъм е свързан с разграждането на газовете (p1 atm) при q10 11 W/cm 2 и разпадането на парите при излагане на твърди цели чрез лазерно лъчение с q10 8 -10 9 W/cm 2 .

При плътности на потока q10 11-12 W/cm 2 в LP се развиват процесите на многократна йонизация, ръбовете са нестационарни и неравновесни. Йонният състав на плазмата обикновено се определя от процесите на ударна и радиационна йонизация и рекомбинация. В плътна плазма (ne> 10 22 cm -3) йонният състав е близък до този, определен от формулата на Saha, в разредена плазма (ne -2 * μm 2)] и става значим при q> 10 13 W * cm - 2 μm 2. Самофокусирането на лазерен лъч (намаляване на диаметъра му при разпространението му в нехомогенна плазма) и филаментация (спонтанната поява и нарастване на малките нехомогенности на полето при първоначално хомогенен фронт на вълната) се наблюдават експериментално в лазерен лъч. Причината за тези ефекти е действието на пондеромоторните сили на електромагнита. полета на лазерно лъчение или нехомогенно нагряване на плазмата, локално променящи нейната плътност и коефициент. пречупване и следователно влияещи върху разпространението на лазерно лъчение.

Въздействието на мощна светлинна вълна с честота върху лазерния елемент води до образуването на плазмени вълни - трептения на електронна и йонна плътност, за да ръж взаимодействат с първичните и разсеяни светлинни вълни, в резултат на което, по-специално, образуват се електронни магнити. вълни с честота, кратна на падащия лазер - и т.н. (така наречените хармоници). Експериментално записани хармоници до 300 Най-важното разсейване на Манделщам - Брилуен при трептения на йонната плътност и стимулирано раманово разсейване (виж Стимулирано разсейване на светлината).

Разпределението на електроните в решетката е неравновесно и фракцията на електроните с енергия от 10 kT може да бъде много по-голяма, отколкото в разпределението на Максуел (така наречените супратермални или бързи електрони). Генерирането на надтермални електрони е свързано с резонансно увеличение на надлъжната (успоредна на градиента на плътността и посоката на лазерния лъч) компонента на електрическата. полета в близост до ncr и разсейване на енергията на полето (например, използвайки обратния ефект на Черенков, виж Електродинамика на движещите се среди) в електронния компонент на плазмата (вж. Лазерен термоядрен синтез), както и с процесите на разпадане на светлина вълна в две електронни плазмени трептения (плазмони) ... Неравновесното разпределение на електроните в енергия обикновено се описва чрез суперпозицията на две разпределения на Максуел - термично (с температура kT) и супратермално (с температура 10 kT).

Свръхбързите йони, ускорени до енергии от десетки и стотици кеВ от самосъгласуващи се електромагнити, са открити експериментално в лазери. поле в процеса на разширяване на НЧ. Броят на бързите йони се увеличава с увеличаване на броя на свръхтермалните електрони, а фракцията на последните се увеличава с увеличаване на параметъра (при 10 13 W * cm -2 * μm 2).

При потоци q10 14 W/cm 2 температурата на лазерния лъч достига 1 keV и лазерният лъч се превръща в мощен източник на твърди рентгенови лъчи. радиация, възникваща както в резултат на излъчване на тормозно излъчване, така и в резултат на свободно свързани и свързани преходи (вж. Нива на енергия). Ефективността на излъчването (съотношението на излъчената енергия към погълнатата енергия) се увеличава с увеличаване на атомния номер на елемента, от който се приготвя плазмата. Експериментално е показано, че когато лазер с = 0,3 μm и q = 10 14 W/cm 2 се прилага върху златна плоча в рентгенови лъчи. лъчението може да преобразува до 60% от абсорбираната енергия с плътност на потока до 10 13 W/cm 2. Йони с висока степен на йонизация (до Z = 40) са наблюдавани в LP.

Свръхсилните магнити са открити експериментално в L. p. полета от 1 MG. Поколение на магн. полета могат да бъдат свързани с нехомогенността на пондеромоторните сили, с разлика във вискозитета на електроните и йоните, с нестабилността на плазмата и различните видове турбулентност и т.н.

Lp поколение magn. полета, свързани с появата на затворен термоелектрик. токове (термоелектрическа мощност), причината за появата на които са непаралелни градиенти на температурата и плътността на електроните.

Процесите на енергиен трансфер от абсорбционната зона (ncr зона) до плътни и разредени слоеве плазма играят важна роля за образуването на лазери. Найб. електронната топлопроводимост е важна при определяне. При условия в лазерните термоядрени цели лъчистата и йонната топлопроводимост могат да бъдат значителни. Процесите на електронен трансфер на енергия в лазерен лъч, произведен при високи (q 10 14 W/cm 2) лазерни потоци, се различават значително от класическата (Spitzer) електронна топлопроводимост. Тези разлики са свързани с пространствената нехомогенност на плазмата, с влиянието на спонтанната магнит. полета (намагнитване, анизотропия на пренос на топлина), с неравновесие на функцията на електронно разпределение, с влияние на плазмените нестабилности (по-специално йонно-акустична нестабилност) и водят до значително намаляване на топлинния поток в сравнение с класическия ( от няколко пъти до няколко десетки време). Темпото на лазерния лъч се увеличава с увеличаване на плътността на лазерния поток (Т) и в момента. Нивото на лазерната технология може относително лесно да бъде доведено до ниво, достатъчно за възникване на термоядрена реакция. Първата термоядрена реакция, инициирана от лазерен лъч, е проведена в СССР (FIAN, 1968). Когато лазерното лъчение действа върху кондензирана мишена при високи температури (0,1-1 keV), зоната на поглъщане и предната част на термичната вълна, движеща се в плътни слоеве материя, се превръщат в източник на мощни ударни вълни. Налягането зад предната част на ударната вълна, създадена в LP, при плътност на потока q10 14 W/cm 2 и температура от 1 keV е приблизително 10 Mbar.

Приложения L. стр. Едно от основните приложения на лазерния синтез е използването на лазерен термоядрен синтез в научните изследвания; тя се основава на възможността за създаване на високи температури и налягания в LP. L. p. Използва се и като мощен практически точков рентген. източник за диагностика във физически. експерименти, рентгенова литография и др .; като източник за получаване на многозарядни йони и изучаване на техните спектри. L. p. Използва се също като първична плазма за пълнене на инсталацията при изследвания на магнитно контролирано сливане и в плазмената химия. инсталации.

Лит.: Raizer Ю. П., Лазерна искра и разпределение на заустванията, М., 1974; Afanasyev Yu.V. et al., Взаимодействие на мощно лазерно лъчение с плазма, в книгата: Резултати от науката и технологиите. Радиотехника, том 17, Москва, 1978: Бойко В. А. и др., Рентгенова спектроскопия на лазерна плазма, в книгата: Резултати от науката и технологиите. Радиотехника, т. 27, Москва, 1980. Е. Г. Гамалий, В. Б. Розанов.